DE19846227A1 - Kolbenantrieb zum Straffen eines Kraftfahrzeugsicherheitsgurtes - Google Patents
Kolbenantrieb zum Straffen eines KraftfahrzeugsicherheitsgurtesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kolbenantrieb zum Straffen eines Kraftfahrzeugsicherheitsgurtes mit einem in einem Führungsrohr 1 angeordneten kolbenartgien Antriebskörper 2, einem Antriebsmittel zum Erzeugen eines Treibgases, das durch Expansion in einem am Antriebskörper angrenzenden Druckraum den Antriebskörper 2 antreibt, und einer den Antriebskörper 2 und den zu straffenden Sicherheitsgurt verbindenden Bewegungsübertragungseinrichtung, wobei der Antriebskörper 2 ein Stufenkolben 2 ist, dem ein erster Druckraum 36 und ein zweiter Druckraum 38 zugeordnet ist, daß eine Treibgas-Ausströmeinrichtung 21 zum Zuführen des Treibgases in die Druckräume 36, 38 in Ausgangsstellung des Stufenkolbens 2 an diesen derart angrenzt, daß der erste und der zweite Druckraum 36, 38 voneinander getrennt sind und das Treibgas anfangs in den ersten Druckraum 36 einströmt, und daß der Stufenkolben 2, der durch das im ersten Druckraum 36 wirkende Treibgas in Bewegung versetzt ist, nach Zurücklegen einer ersten Wegstrecke eine Abströmöffnung 37 in den zweiten Druckraum 38 freigibt, so daß das in den zweiten Druckraum 38 strömende und darin wirkende Treibgas den Stufenkolben 2 zusätzlich antreibt.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kolbenantrieb zum Straffen ei
nes Kraftfahrzeugsicherheitsgurtes mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Da im normalen Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs der Si
cherheitsgurt aus Komfortgründen locker am Körper eines
Fahrzeuginsassen anliegt, besteht bei einem Unfall die Ge
fahr, daß eine allzu starke Vorverlagerung des Fahrzeugin
sassen trotz Blockierung der Wickelwelle des Sicherheits
gurtaufrollautomaten erfolgt. Auch sind die Gurtbandlagen
auf der Wickelwelle des Gurtaufrollautomaten relativ locker
aufgewickelt, so daß auch dort eine Gurtlose vorhanden ist,
die trotz Blockierung der Wickelwelle zu einer übermäßigen
Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen infolge eines Filmspul
effekts führen kann.
Um die Gefahr der übermäßigen Vorverlagerung des Fahrzeugin
sassen zu vermeiden, ist es bekannt, vor dem Blockieren der
Wickelwelle die Gurtlose mit Hilfe eines Gurtstraffers zu
beseitigen, der beispielsweise auf das Gurtschloß oder auf
die Wickelwelle des Gurtaufrollautomaten wirkt.
Aus der EP 0 629 531 A1 ist ein Gurtstraffer mit einem pyro
technischen Kolbenantrieb mit zumindest einem Kolben bekannt
geworden, dessen Antriebsbewegung auf die Wickelwelle eines
Sicherheitsgurtaufrollautomaten übertragen wird. Der Kolben
ist in einem Führungsrohr angeordnet und wird darin bewegt,
indem ein von einer pyrotechnischen Treibladung erzeugtes
Antriebsgas in einem Druckraum in dem Führungsrohr expan
diert und dabei auf den Kolben wirkt. Der bewegte Kolben
kommt mit einem mit der Wickelwelle gekoppelten Ritzel in
Eingriff und versetzt es in Rotation. Wenn der Kolben seine
Endposition erreicht hat und der Gurt gestrafft ist,
blockiert der Gurtaufrollautomat das Gurtband.
Bei einem derartigen Gurtstraffer weist beispielsweise der
Kolben eine Zahnstange auf, die ein mit einer Wickelwelle
des Gurtaufrollautomaten gekoppeltes Antriebszahnrad an
treibt. Im Normalbetrieb des Gurtaufrollautomaten kann sich
das Zahnrad frei drehen, da es außer Eingriff mit der Zahn
stange ist. Nach Zündung der Treibladung beginnt die Anlauf
phase des Kupplungseingriffs, in der der Eingriff zwischen
dem bewegten Kolben und dem noch ruhenden Zahnrad herge
stellt wird. Beim Auftreffen des bewegten Kolbens auf das
noch ruhende Zahnrad und in der Anlaufphase müssen die Mas
senträgheitsmomente der bewegten Teile des Gurtaufrollauto
maten wie Wickelwelle und darauf aufgewickelter Restgurt
bandwickel bewegt und überwunden werden. Aufgrund des stoß
artigen Eingriffs ergibt sich eine sehr hohe Bauteilbela
stung, die eine entsprechende Überdimensionierung der Bau
teile im Hinblick auf ihre Festigkeit erfordern würde.
Aus der DE 42 22 993 A1 ist ein Gurtaufroller mit einem
Gurtstraffer bekannt geworden, der einen pyrotechnischen
Kolben-/Zylinderantrieb aufweist. Der Zylinder enthält einen
in sein freies Ende eingesetzten pyrotechnischen Gasgenera
tor und einen im Zylinder verschiebbar aufgenommenen becher
förmigen Kolben, der über den zylindrischen Gasgenerator ge
stülpt ist, wobei zwei Arbeitskammern gebildet werden. Die
eine Arbeitskammer ist im Kolbenboden und die andere Ar
beitskammer am schmalen ringförmigen Ende des Kolbens gebil
det. Beim Zünden des Gasgenerators kann das Treibgas unmit
telbar und gleichzeitig auf die Wirkflächen der beiden An
triebskammern für den axialen Antrieb des Kolbens einwirken,
so daß eine hohe anfängliche Belastung der Bauteile erzeugt
wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kolbenantrieb der ein
gangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem ein bauteil
schonender Eingriff zwischen dem angetriebenen Kolben und
dem Antriebszahnrad gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Kolbenantrieb er
findungsgemäß dadurch gelöst, daß der Antriebskörper ein
Stufenkolben ist, dem ein erster Druckraum und ein zweiter
Druckraum zugeordnet ist, daß eine Treibgas-Ausströmein
richtung zum Zuführen des Treibgases in die Druckräume in
Ausgangsstellung des Stufenkolbens an diesen derart an
grenzt, daß der erste und der zweite Druckraum voneinander
getrennt sind und das Treibgas anfangs in den ersten Druck
raum einströmt, und daß der Stufenkolben, der durch das im
ersten Druckraum wirkende Treibgas in Bewegung versetzt ist,
nach Zurücklegen einer ersten Wegstrecke eine Abströmöffnung
in den zweiten Druckraum freigibt, so daß das in den zweiten
Druckraum strömende und darin wirkende Treibgas den Stufen
kolben zusätzlich antreibt.
Durch das abgestufte Einwirken des zunächst in einer ersten
Stufe wirksamen Treibgases wird anfangs eine reduzierte An
triebskraft auf den Stufenkolben aufgebracht, die ein gegen
über herkömmlichen Kolbenantrieben vergleichsweise sanftes
Beschleunigen des Stufenkolbens bewirkt. Dadurch kann auch
das Ankoppeln des bewegten Stufenkolbens an die Bewegungs
übertragungseinrichtung mit einer entsprechend verminderten
Bauteilbelastung erfolgen. Wenn die Bewegungsübertragungs
einrichtung eine Zahnstange am Stufenkolben und ein mit die
ser Zahnstange in Eingriff bringbares Antriebszahnrad auf
weist, das mit einer Wickelwelle eines Gurtaufrollautomaten
gekoppelt ist, so kann der Zahneinlauf der Zahnstange in das
Zahnrad bei reduzierter Antriebskraft ablaufen. Die Bewe
gungsübertragungseinrichtung kann jedoch auch eine Verbin
dung zu einem Gurtschloß herstellen und dieses spannen.
Nachdem die Bewegungsübertragungseinrichtung eine Antriebs
verbindung hergestellt hat, kann eine zweite Stufe am Stu
fenkolben antriebswirksam werden und die volle Beschleuni
gungskraft auf den Stufenkolben und den damit gekoppelten
Sicherheitsgurt aufbringen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un
teransprüchen angegeben.
Zweckmäßigerweise enthält die Treibgas-Ausströmeinrichtung
einen rohrförmigen Ausströmabschnitt, der sich in axialer
Längsrichtung in eine den ersten Druckraum bildende Vertie
fung im Stufenkolben erstreckt und an seinem Umfang gegen
eine Innenseite der Vertiefung abgedichtet ist. Durch den
Ausströmabschnitt kann somit expandierendes Treibgas, das
von außen zugeführt wird oder vor bzw. im Ausströmabschnitt
erzeugt wird, in den ersten Druckraum im Stufenkolben zuge
führt werden und diesen dadurch antreiben.
In einer vorteilhaften Gestaltung weist die Treibgas-
Ausströmeinrichtung ein in einem geschlossenen Endteil des
Führungsrohres gelagertes rohrförmiges Gehäuse auf. Jedoch
kann die Treibgas-Ausströmeinrichtung und der Ausströmab
schnitt auch integraler Teil des Führungsrohres sein.
Das rohrförmige Gehäuse kann ein Tiefziehteil aus Aluminium
sein und eine Verschlußkappe aufweisen, die in dem geschlos
senen Endteil des Führungsrohres gelagert ist. Die Ver
schlußkappe wird nach dem Einbringen von pulverförmigem
Treibmittel in das Gehäuse auf dieses dicht aufgepreßt.
Zum Zünden der Treibladung kann der Verschlußkappe eine
Zündeinrichtung zugeordnet sein, wobei diese an der Ver
schlußkappe anliegen kann oder durch eine Öffnung in der
Verschlußkappe in diese hineinreichen kann.
Eine derartige Zündeinrichtung ist zweckmäßigerweise ein me
chanischer Schlagzünder, kann aber auch ein elektrischer
Zünder sein.
Der rohrförmige Ausströmabschnitt weist zweckmäßigerweise
eine vordere axiale Ausströmöffnung in den ersten Druckraum
auf. Zusätzlich kann der Ausströmabschnitt derart gestaltet
sein, daß er auch seitliche Ausströmöffnungen aufweist. Die
se können sich insbesondere zum Treibgasaustritt in den
zweiten Druckraum öffnen. Dabei kann die vordere axiale Aus
strömöffnung des rohrförmigen Ausströmabschnitts geschlossen
sein und sich durch den Druck der gezündeten Treibladung
öffnen. Der rohrförmige Ausströmabschnitt kann ein Verschlu
ßelement in der vorderen axialen Ausströmöffnung aufweisen,
das eine Einkerbung oder Schwächung aufweist, um das Öffnen
zu erleichtern.
Der zweite Druckraum hat zweckmäßigerweise einen Quer
schnitt, der im wesentlichen dem Innenraum des Führungsroh
res abzüglich dem darin verlaufenden rohrförmigen Gehäuse,
das näherungsweise die Querschnittsfläche der Vertiefung im
Stufenkolben aufweist, entspricht und somit von einer Kol
benstirnseite des Stufenkolbens und den Innenseiten des Füh
rungsrohres begrenzt ist.
Ein Größenverhältnis der für den Antrieb des Stufenkolbens
wirksamen Flächen des ersten und des zweiten Druckraumes am
Stufenkolben beträgt etwa 1 zu 10, kann jedoch vorteilhaf
terweise im Bereich von 1 zu 5 bis 1 zu 15 liegen.
Zum anfänglichen Abdichten des ersten Druckraumes gegenüber
dem zweiten Druckraum kann zumindest ein Dichtungselement in
der Vertiefung im Bereich des rohrförmigen Ausströmelements
angeordnet sein, das dieses gegen die Innenseite der Vertie
fung abdichtet.
Zweckmäßigerweise ist ein Dichtungseinsatz an den ersten
Druckraum begrenzenden Seitenwänden des Stufenkolbens ange
ordnet, der am Umfang des Ausströmabschnitts anliegt.
Allgemein können die an die beiden Druckräume angrenzenden
Wände des Stufenkolbens eine Dichtungsbeschichtung aufwei
sen. Diese Dichtungsbeschichtung kann ein Dichtungseinsatz
sein, der als Formteil herstellbar ist und gleichzeitig ei
nen Dichtungsrand zum Abdichten des Stufenkolbens gegen die
Innenwände des Führungsrohres aufweist.
In einer zweckmäßigen Gestaltung weist die Vertiefung am er
sten Druckraum einen inneren Bereich mit einem über die
axiale Länge des ersten Bewegungsweges konstanten Quer
schnitt und einen sich anschließenden äußeren Bereich mit
erweitertem Querschnitt auf, wobei der erweiterte Quer
schnitt die Abströmöffnung vom ersten zum zweiten Druckraum
bildet. Dabei kann sich der Querschnitt des äußeren Bereichs
kontinuierlich oder auch sprunghaft erweitern.
Vorteilhafterweise enthält die Bewegungsübertragungseinrich
tung eine Zahnstange an dem Stufenkolben und ein mit der
Zahnstange in Eingriff bringbares Zahnrad, das mit einer
Wickelwelle eines Sicherheitsgurt-Aufrollautomaten für den
Sicherheitsgurt gekoppelt ist. Jedoch können auch Zugseil
verbindungen oder Hebelgetriebe verwendet werden, um den
Stufenkolben mit dem Sicherheitsgurt, mit dem Gurtschloß
oder mit anderen Spannbauteilen zu verbinden.
Wenn ein in Bewegungsrichtung des Stufenkolbens erster Zahn
der Zahnstange eine reduzierte Zahnhöhe aufweist, wird das
Eingreifen der Zahnstange in die Verzahnung des Zahnrades
bei jeder Stellung des Zahnrades sichergestellt.
Das Führungsrohr und der Stufenkolben können einen im we
sentlichen runden oder ovalen Querschnitt sowie auch einen
im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Des weiteren sieht die Erfindung vor, daß bei einem gat
tungsgemäßen Kolbenantrieb zumindest eine den Druckraum be
grenzende Seitenwand des Führungsrohres eine derart dimen
sionierte Wandstärke aufweist, daß beim Erreichen eines ma
ximalen Treibgasdruckes im Druckraum eine Verformung der
Seitenwand einen Überdruck-Abströmweg für das Treibgas öff
net. Auf diese Weise ist eine Überdrucksicherung geschaffen,
die beispielsweise bei auf seinem Bewegungsweg blockiertem
oder in der Bewegungsendstellung angeordnetem Antriebskolben
das Abströmen von Treibgas aus dem Druckraum gestattet und
damit vermeidet, daß ein Teil des Kolbenantriebs unter dem
übermäßigen Druck bersten könnte.
Generell kann diese Überdrucksicherung bei jeder Quer
schnittsform vorgesehen werden, da eine entsprechende Dimen
sionierung der Wandstärken von der Form der Wände unabhängig
ist. Besonders zweckmäßig ist jedoch eine Gestaltung, bei
der das Führungsrohr einen rechteckigen Querschnitt aufweist
und die im Querschnitt längeren Seitenwände des Führungsroh
res sich nach außen wölben.
Zweckmäßigerweise kann diese Überdrucksicherung auch bei ei
nem Kolbenantrieb mit dem oben beschriebenen Stufenkolben ge
mäß Anspruch 1 und auch in Kombination mit zumindest einem
Unteranspruch eingesetzt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigt:
Fig. 1 in einer Ansicht im Längsschnitt ein erstes Ausfüh
rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbenantriebs
mit einem Stufenkolben in einer Ausgangsstellung;
Fig. 2 in einer Schnittansicht entlang der Linie A-A in
Fig. 1 den Kolbenantrieb in der Ausgangsstellung;
Fig. 3 in einer Ansicht gemäß Fig. 1 den Kolbenantrieb mit
vorbewegtem Stufenkolben im Eingriff mit einem An
triebszahnrad;
Fig. 4 in einer Schnittansicht entlang der Linie A-A in
Fig. 3 den Kolbenantrieb in der in Fig. 3 gezeigten
Stellung;
Fig. 5 in einer Ansicht im Längsschnitt ein zweites Ausfüh
rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kolbenantriebs
mit einem Stufenkolben in einer Ausgangsstellung;
Fig. 6 in einer Schnittansicht entlang der Linie B-B in
Fig. 5 den Kolbenantrieb in der Ausgangsstellung;
Fig. 7 in einer Ansicht gemäß Fig. 5 den Kolbenantrieb mit
vorbewegtem Stufenkolben im Eingriff mit einem An
triebszahnrad;
Fig. 8 in einer Schnittansicht entlang der Linie B-B in
Fig. 7 den Kolbenantrieb in der in Fig. 7 gezeigten
Stellung;
Fig. 9 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt der
Fig. 1 mit einer Halbseite des Stufenkolbens;
Fig. 10 in einer Querschnittsansicht ein Führungsrohr des
Kolbenantriebs mit dem Stufenkolben in schematischer
Darstellung; und
Fig. 11 in einer Querschnittsansicht entsprechend Fig. 10
das Führungsrohr mit durch Überdruck verformten Sei
tenwänden.
Ein in den Fig. 1 und 2 dargestelltes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Kolbenantriebs weist ein Druck- und
Führungsrohr 1 und einen darin verschiebbar aufgenommenen
Antriebskörper oder Stufenkolben 2 auf. Das Führungsrohr 1
ist in einer derartigen Zuordnung zu einem Sicherheits
gurtaufrollautomaten (nicht dargestellt) angeordnet, daß ein
Abtriebselement wie z. B. ein Zahnrad 3, das als Teil einer
Bewegungsübertragungseinrichtung mit einer Wickelwelle des
Gurtaufrollautomaten direkt oder über ein Getriebe verbunden
ist, durch eine Öffnung 4 in dem Führungsrohr 1 in eine Be
wegungsbahn einer am Stufenkolben 2 angebrachten Zahnstange
5 hineinreicht (die Bewegungsrichtung des Stufenkolbens 2
ist in Richtung des Pfeils X in Fig. 1).
Der Stufenkolben 2 befindet sich in einer Ausgangs- oder Be
reitschaftsstellung gemäß Fig. 1 und 2 an einem geschlosse
nen Endteil 6 des Führungsrohres 1 und ist außer Kontakt mit
dem Zahnrad 3. Der Stufenkolben 2 und der Innenraum des Füh
rungsrohres 1 weisen insbesondere eine im wesentlichen
rechteckige oder quadratische Querschnittsform auf. Der Stu
fenkolben 2, der beispielsweise aus Aluminium hergestellt
ist, weist an seiner dem Zahnrad 3 zugewandten Seite eine
Aussparung auf, in der die Zahnstange 5 befestigt ist, die
beispielsweise aus mehreren nebeneinanderliegenden Segmenten
wie z. B. Stahl-Feinstanzteilen zusammengesetzt ist und de
ren in Bewegungsrichtung erster Zahn 8 als Halbzahn mit ver
kürztem Zahnkopf ausgebildet ist. Die Befestigung der Zahn
stange 5 am Stufenkolben 2 erfolgt einerseits durch einen
Vorsprung 9 der Zahnstange 5, der in eine zugeordnete Aus
nehmung des Stufenkolbens 2 greift, und andererseits durch
ein Haltestück 10 der Zahnstange 5, das durch eine Siche
rungsnase 11 des Stufenkolbens 2 gehalten wird.
Der Stufenkolben 2 weist eine dem geschlossenen Endteil 6
des Führungsrohres 1 zugewandte Kolbenstirnseite 12 und eine
längliche Ausnehmung oder Vertiefung 13 auf, die sich von
der Kolbenstirnseite 12 axial längs einer Mittellinie 14 in
das Innere des Stufenkolbens 2 erstreckt und in einem inne
ren Kolbenboden 15 endet. Die Vertiefung 13 hat eine im we
sentlichen rechteckige oder quadratische Querschnittsform.
Ein äußerer Absatz 16 ist an der Kolbenstirnseite 12 am Au
ßenumfang des Stufenkolbens 2 ausgebildet.
Eine als Dichtungsformteil gebildete Kolbendichtung 17 weist
einen in den Absatz 16 eingreifenden Dichtungsrand 18 zum
Abdichten des Stufenkolbens 2 gegen die seitlichen Innenflä
chen 19 des Führungsrohres 1 und einen Dichtungseinsatz 20
auf, der an die Form der Kolbenstirnseite 12 und der Vertie
fung 13 angepaßt ist und eine durchgehende, die gesamte
Druckseite bzw. die gesamten Druckflächen des Stufenkolbens
2 bedeckende Dichtungsschicht bildet.
Der Kolbenantrieb enthält ein rohrförmiges Gehäuse 21 als
Ladungsträger für ein ein Treibgas erzeugendes Antriebsmit
tel. Das rohrförmige Gehäuse 21, das z. B. aus Aluminium
hergestellt ist, ist mit einer aufgepreßten Verschlußkappe
22 bedeckt und verschlossen, die in einer am geschlossenen
Endteil 6 des Führungsrohres 1 gebildeten Zünderkammer 23
derart eingesetzt ist, daß sich das rohrförmige Gehäuse 21
längs der Mittellinie 14 in die Vertiefung 13 im Stufenkol
ben 2 bis nahezu an den inneren Kolbenboden 15 erstreckt.
Das rohrförmige Gehäuse 21, das im wesentlichen an die Quer
schnittsform der Vertiefung 13 angepaßt ist und somit eben
falls rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweist,
ist in drei Rohrabschnitte untergliedert. Ein dem Kolbenbo
den 15 benachbarter vorderer, erster Rohrabschnitt 24 ist
mit konstantem Querschnitt und zur Mittellinie 14 parallelen
Gehäusewänden sowie mit einer vorderen Stirnseite gebildet,
die mit einem Verschlußteil 25 verschlossen ist. Das Ver
schlußteil 25 ist z. B. einstückig mit den Gehäusewänden
hergestellt und kann Einkerbungen aufweisen, die ein Öffnen
oder Aufbrechen des Verschlußteils 25 erleichtern. In einem
sich anschließenden mittleren oder zweiten Rohrabschnitt 26
erweitert sich der Querschnitt des Gehäuses 21, wobei die
Gehäusewände zur Mittellinie 14 leicht geneigt sind. Ein
dritter Rohrabschnitt 27 des Gehäuses 21 erstreckt sich bis
zur Verschlußkappe 22 mit z. B. annähernd konstantem Quer
schnitt.
Der Dichtungseinsatz 20 weist einen an den vorderen, ersten
Rohrabschnitt 24 angepaßten und daran anliegenden Innenab
schnitt 28 mit zur Mittellinie 14 parallelen Innenflächen 29
und einem Dichtungsboden 30 auf. Ab einer als Umschaltpunkt
31 bezeichneten Stelle, die bei der in den Fig. 1 und 2 dar
gestellten Ausgangsstellung des Stufenkolbens 2 mit dem
Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrabschnitt
24 bzw. 26 übereinstimmt, weiten sich die Innenflächen 29
des Dichtungseinsatzes 20 in Richtung zur oberen Kolben
stirnseite 12 auf, so daß sich der Querschnitt des von dem
Dichtungseinsatz 20 begrenzten Innenraums vergrößert.
In einer am geschlossenen Endteil 6 im Führungsrohr 1 ausge
bildeten und seitlich zur Zünderkammer 23 führenden Bohrung
ist ein Schlagzünder 32 eingesetzt, der sich bis in die Zün
derkammer 23 erstreckt und mit seiner Stirnseite 33 an einer
ausgeformten Abflachung 34 der Verschlußkappe 22 anliegt.
Zum Auslösen des Kolbenantriebs und somit zum Straffen eines
Kraftfahrzeug-Sicherheitsgurtes schlägt ein Schlagbolzen
(nicht dargestellt) auf den Schlagzünder 32, wodurch dessen
Explosivladung gezündet wird. Eine entstehende Zündflamme
schlägt in die Verschlußkappe 22 und zündet das in dem Ge
häuse 21 des Ladungsträgers enthaltene pyrotechnische Treib
mittel (in Fig. 4 ist das Aufbrechen des Schlagzünders 32
und der Verschlußkappe 22 nicht dargestellt). Durch den
Druck des sich entwickelnden Treibgases wird das vordersei
tige Verschlußteil 25 des Gehäuses 21 aufgesprengt. Das
Treibgas strömt durch die aufgesprengte Treibgas-Ausström
öffnung 35 (in Fig. 3 dargestellt) in einen ersten Druckraum
36, der von dem Dichtungsboden 30 und den Innenflächen 29
des Innenabschnitts 28 des Dichtungseinsatzes 20 begrenzt
ist und von dem vorderen, ersten Rohrabschnitt 24 des Gehäu
ses 21 abgedichtet ist, der an den Innenflächen 29 des Dich
tungseinsatzes 20 anliegt. Durch den Druck des im ersten
Druckraum 36 gegen den Dichtungsboden 30 und den Kolbenboden
15 wirkenden Treibgases wird der Stufenkolben 2 mit einer
ersten, der Größe der Bodenfläche des ersten Druckraumes 36
entsprechenden Antriebskraft im Führungsrohr 1 in Richtung
des Pfeiles X bewegt. Dabei vergrößert sich der erste Druck
raum 36 in axialer Richtung, bleibt jedoch durch den Kontakt
des vorderen Rohrabschnittes 24 des Gehäuses 21 mit dem
Dichtungseinsatz 20 abgedichtet. Die Zahnstange 5 kommt in
Eingriff mit dem Zahnrad 3 und kämmt mit dessen Verzahnung,
wobei durch den reduzierten Halbzahn 8 das korrekte Einlau
fen der Zahnstange 5 in die Verzahnung des Zahnrades 3 er
leichtert wird.
Während der weiteren Vorwärtsbewegung des Stufenkolbens 2
passiert der Umschaltpunkt 31 des Dichtungseinsatzes 20 das
geöffnete Verschlußteil 25 des ersten Rohrabschnittes 24 an
der Austrittsöffnung 35, wobei sich durch die zurückweichen
den Innenflächen 29 eine Überström- oder Abströmöffnung 37
zwischen dem Außenumfang des vorderen Rohrabschnittes 24 und
den Innenflächen 29 des Dichtungseinsatzes 20 zu öffnen be
ginnt (siehe Fig. 3), durch die das Treibgas in einen zwei
ten Druckraum 38 einströmen kann, der von der oberen Kolben
stirnseite 12 des Stufenkolbens 2 und den Innenseiten des
Führungsrohres 1 begrenzt ist. Die antriebswirksame Druck
fläche des zweiten Druckraumes 38 ergibt sich als die Quer
schnittsfläche des Innenraumes des Führungsrohres 1 abzüg
lich der wirksamen Boden- oder Druckfläche am Kolbenboden 15
des ersten Druckraumes 36.
Da die antriebswirksame Druckfläche des zweiten Druckraumes
38 deutlich größer ist wie diejenige des ersten Druckraumes
36, beispielsweise um einen Faktor von etwa 10, wirkt zu
sätzlich eine um diesen Faktor größere Kraft auf den Stufen
kolben 2 ein und beschleunigt ihn dementsprechend mit deut
lich größerer Vortriebskraft.
Ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kol
benantriebs (siehe Fig. 5 bis 8) enthält einen gegenüber dem
ersten Beispiel abgeänderten Ladungsträger für das Treibmit
tel, bei dem eine hülsenförmige Verschlußkappe 40 auf ein
kappenseitig verlängertes Gehäuse 21 aufgepreßt ist. Die
hülsenförmige Verschlußkappe 40 weist eine an den Zünderraum
23 angepaßte Form auf und ist in den Zünderraum 23 einge
preßt. Die Verschlußkappe 40 und das Gehäuse 21 weisen eine
seitliche Öffnung 41 auf, durch die der Schlagzünder 32 in
das Innere der Verschlußkappe 40 und des Gehäuses 21 hinein
reicht. Beim Zünden des Schlagzünders 32 entzündet die Zünd
flamme direkt die in dem Gehäuse 21 enthaltene Treibladung,
da die Verschlußkappe 40 nicht durchschlagen werden muß. Der
übrige Aufbau und Funktionsablauf entspricht dem ersten Aus
führungsbeispiel.
Statt einer Anordnung der beispielsweise pulverförmigen
Treibladung in dem Gehäuse 21 kann die Treibladung, oder
allgemein eine Gaserzeugungseinheit, auch außerhalb des Ge
häuses 21 oder des Führungsrohres 1 untergebracht sein, so
daß das rohrartige Gehäuse 21 lediglich als Einströmrohr für
das außerhalb erzeugte Treibgas dient.
Zum Zünden der Treibladung kann statt eines mechanischen
Schlagzünders ein elektrischer Zünder verwendet werden.
Das rohrförmige Gehäuse 21 kann einen runden oder ovalen
Querschnitt aufweisen, wobei die Innenseiten des Dichtungs
einsatzes 20 an ein derartig geformtes Gehäuse 21 angepaßt
sind. Bei einem runden Gehäuse 21 ist es jedoch zweckmäßig,
die Vertiefung 13 im Stufenkolben 2 ebenfalls mit einem run
den Querschnitt auszubilden.
Die den zweiten Druckraum 38 begrenzende Kolbenstirnseite 12
kann im wesentlichen eben, zur Vertiefung 13 hin abgeschrägt
oder mit zusätzlichen Ausnehmungen versehen sein. Die Ver
tiefung 13 und/oder der Dichtungseinsatz 20 kann bzw. können
sich zum zweiten Druckraum 38 hin geringfügig trichterförmig
öffnen, so daß sich der Querschnitt der Überström- oder Ab
strömöffnung 37 bei der Bewegung des Stufenkolbens 2 vergrö
ßert und eine vermehrte Treibgasdurchströmung gestattet.
Durch unterschiedliche Festlegung der Länge des Ausströmab
schnittes 24 kann der Zeitpunkt des Öffnens der Überström- oder
Abströmöffnung 37 in Abhängigkeit von dem zurückgeleg
ten Bewegungsweges des Stufenkolbens 2 festgelegt werden.
In Fig. 10 und 11 ist ein aus Aluminium hergestelltes Füh
rungsrohr 1 eines erfindungsgemäßen Kolbenantriebs in einem
Querschnitt senkrecht zu einer Längsachse bzw. zu der Mit
tellinie 14 schematisch dargestellt. Das einen Innen- oder
Druckraum 38 mit Rechteckquerschnitt aufweisende Führungs
rohr 1 enthält diesen Innen- oder Druckraum 38 begrenzende
lange und kurze Seitenwände 45 bzw. 46. Die Wandstärken der
beiden langen Seitenwände 45 sind derart dimensioniert, daß
die beiden Seitenwände 45 bis zu einem maximal zulässigen
Treibgasdruck im Innen- oder Druckraum 38 den Rechteckquer
schnitt im wesentlichen beibehalten und die Kolbendichtung
17 den Druckraum 38 weiterhin abdichtet. Steigt der Treib
gasdruck über diesen maximal zulässigen Wert an, beispiels
weise bei während seiner Vorwärtsbewegung blockiertem An
triebskolben oder in der Bewegungsendstellung des Kolbens,
so verformen sich die beiden langen Seitenwände 45 und bie
gen sich nach außen (siehe Fig. 11). Zwischen den beiden
voneinander abgewandten Kolbenaußenseiten 47 und den zuge
ordneten, verformten Seitenwänden 45 entsteht eine jeweilige
Öffnung 48, die aufgrund des hohen Treibgasdruckes von der
Kolbendichtung 17 bzw. von dem Dichtungsrand nicht mehr ab
gedichtet werden kann und somit einen Überdruck-Abströmweg
und eine Überdrucksicherung bildet.
Claims (27)
1. Kolbenantrieb zum Straffen eines Kraftfahrzeugsicher
heitsgurtes mit
einem in einem Führungsrohr angeordneten kolbenartigen Antriebskörper,
einem Antriebsmittel zum Erzeugen eines Treibgases, das durch Expansion in einem am Antriebskörper angrenzenden Druckraum den Antriebskörper antreibt, und
einer den Antriebskörper und den zu straffenden Sicher heitsgurt verbindenden Bewegungsübertragungseinrich tung, dadurch gekennzeichnet,
daß der Antriebskörper (2) ein Stufenkolben (2) ist, dem ein erster Druckraum (36) und ein zweiter Druckraum (38) zugeordnet ist,
daß eine Treibgas-Ausströmeinrichtung (21) zum Zuführen des Treibgases in die Druckräume (36, 38) in Ausgangs stellung des Stufenkolbens (2) an diesen derart an grenzt, daß der erste und der zweite Druckraum (36, 38) voneinander getrennt sind und das Treibgas anfangs in den ersten Druckraum (36) einströmt, und
daß der Stufenkolben (2), der durch das im ersten Druckraum (36) wirkende Treibgas in Bewegung versetzt ist, nach Zurücklegen einer ersten Wegstrecke eine Ab strömöffnung (37) in den zweiten Druckraum (38) frei gibt, so daß das in den zweiten Druckraum (38) strömen de und darin wirkende Treibgas den Stufenkolben (2) zu sätzlich antreibt.
einem in einem Führungsrohr angeordneten kolbenartigen Antriebskörper,
einem Antriebsmittel zum Erzeugen eines Treibgases, das durch Expansion in einem am Antriebskörper angrenzenden Druckraum den Antriebskörper antreibt, und
einer den Antriebskörper und den zu straffenden Sicher heitsgurt verbindenden Bewegungsübertragungseinrich tung, dadurch gekennzeichnet,
daß der Antriebskörper (2) ein Stufenkolben (2) ist, dem ein erster Druckraum (36) und ein zweiter Druckraum (38) zugeordnet ist,
daß eine Treibgas-Ausströmeinrichtung (21) zum Zuführen des Treibgases in die Druckräume (36, 38) in Ausgangs stellung des Stufenkolbens (2) an diesen derart an grenzt, daß der erste und der zweite Druckraum (36, 38) voneinander getrennt sind und das Treibgas anfangs in den ersten Druckraum (36) einströmt, und
daß der Stufenkolben (2), der durch das im ersten Druckraum (36) wirkende Treibgas in Bewegung versetzt ist, nach Zurücklegen einer ersten Wegstrecke eine Ab strömöffnung (37) in den zweiten Druckraum (38) frei gibt, so daß das in den zweiten Druckraum (38) strömen de und darin wirkende Treibgas den Stufenkolben (2) zu sätzlich antreibt.
2. Kolbenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Treibgas-Ausströmeinrichtung (21) einen rohr
förmigen Ausströmabschnitt (24) aufweist, der sich in
axialer Längsrichtung in eine den ersten Druckraum (36)
bildende Vertiefung (13) im Stufenkolben (2) erstreckt
und an seinem Umfang gegen eine Innenseite (29) der
Vertiefung (13) abgedichtet ist.
3. Kolbenantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Treibgas-Ausströmeinrichtung (21) ein
in einem geschlossenen Endteil (6) des Führungsrohres
(1) gelagertes rohrförmiges Gehäuse (21) aufweist.
4. Kolbenantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das rohrförmige Gehäuse (21) eine Verschlußkappe
(22; 40) aufweist, die in dem geschlossenen Endteil (6)
gelagert ist.
5. Kolbenantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verschlußkappe (22; 40) eine Zündeinrichtung
(32) zugeordnet ist.
6. Kolbenantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zündeinrichtung (32) an der Verschlußkappe (22)
anliegt.
7. Kolbenantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zündeinrichtung (32) durch eine Öffnung (41) in
der Verschlußkappe (40) in diese hineinreicht.
8. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (32) ein mecha
nischer Schlagzünder (32) ist.
9. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das rohrförmige Gehäuse (21) als
Ladungsträger für eine pyrotechnische Treibladung ge
bildet ist.
10. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der rohrförmige Ausströmabschnitt
(24) eine vordere axiale Ausströmöffnung (35) aufweist.
11. Kolbenantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die vordere axiale Ausströmöffnung (35) des rohr
förmigen Ausströmabschnitts (24) geschlossen ist und
sich durch den Druck der gezündeten Treibladung öffnet.
12. Kolbenantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Verschlußelement (25) der vorderen axialen Aus
strömöffnung (35) eine Einkerbung oder Schwächung auf
weist.
13. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da
durch gekennzeichnet, daß der zweite Druckraum (38) von
einer Kolbenstirnseite (12) begrenzt ist.
14. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da
durch gekennzeichnet, daß das Größenverhältnis der für
den Antrieb des Stufenkolbens (2) wirksamen Flächen des
ersten und des zweiten Druckraumes (36 bzw. 38) am Stu
fenkolben (2) etwa 1 zu 10 beträgt.
15. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da
durch gekennzeichnet, daß ein Dichtungselement in der
Vertiefung (13) im Bereich des rohrförmigen Ausströme
lements (24) angeordnet ist und dieses gegen die Innen
seite (29) der Vertiefung (13) abdichtet.
16. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da
durch gekennzeichnet, daß ein Dichtungseinsatz (20) an
den ersten Druckraum (36) begrenzenden Seitenwänden des
Stufenkolbens (2) angeordnet ist und am Umfang des Aus
strömabschnitts (24) anliegt.
17. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da
durch gekennzeichnet, daß die an die beiden Druckräume
(36, 38) angrenzenden Wände des Stufenkolbens (2) eine
Dichtungsbeschichtung aufweisen.
18. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 17, da
durch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (13) am ersten
Druckraum (36) einen inneren Bereich mit einem über die
axiale Länge des ersten Bewegungsweges konstanten Quer
schnitt und einen sich anschließenden äußeren Bereich
mit erweitertem Querschnitt aufweist, wobei der erwei
terte Querschnitt die Abströmöffnung (37) vom ersten
zum zweiten Druckraum (36 bzw. 38) bildet.
19. Kolbenantrieb nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Querschnitt des äußeren Bereichs kontinu
ierlich erweitert.
20. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 19, da
durch gekennzeichnet, daß die Bewegungsübertragungsein
richtung eine Zahnstange (5) an dem Stufenkolben (2)
und ein mit der Zahnstange (5) in Eingriff bringbares
Zahnrad (3) aufweist, das mit einer Wickelwelle eines
Sicherheitsgurt-Aufrollautomaten für den Sicherheits
gurt gekoppelt ist.
21. Kolbenantrieb nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
daß ein in Bewegungsrichtung des Stufenkolbens (2) er
ster Zahn (8) der Zahnstange (5) eine reduzierte Zahn
höhe aufweist.
22. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 21, da
durch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (1) und der
Stufenkolben (2) einen im wesentlichen runden oder ova
len Querschnitt aufweisen.
23. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 21, da
durch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (1) und der
Stufenkolben (2) einen im wesentlichen rechteckigen
Querschnitt aufweisen.
24. Kolbenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 23, da
durch gekennzeichnet, daß zumindest eine den Innenraum
oder zweiten Druckraum (38) begrenzende Seitenwand (45)
des Führungsrohres (1) eine derart dimensionierte Wand
stärke aufweist, daß beim Erreichen eines maximalen
Treibgasdruckes im zweiten Druckraum (38) eine Verfor
mung der Seitenwand (45) einen Überdruck-Abströmweg
(48) für das Treibgas öffnet.
25. Kolbenantrieb nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem rechteckigen Querschnitt des Führungsroh
res (1) die im Querschnitt längeren Seitenwände (45)
sich nach außen wölben.
26. Kolbenantrieb zum Straffen eines Kraftfahrzeugsicher
heitsgurtes mit
einem in einem Führungsrohr angeordneten kolbenartigen Antriebskörper,
einem Antriebsmittel zum Erzeugen eines Treibgases, das durch Expansion in einem am Antriebskörper angrenzenden Druckraum den Antriebskörper antreibt, und
einer den Antriebskörper und den zu straffenden Sicher heitsgurt verbindenden Bewegungsübertragungseinrich tung, insbesondere nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine den Druck raum (38) begrenzende Seitenwand (45) des Führungsroh res (1) eine derart dimensionierte Wandstärke aufweist, daß beim Erreichen eines maximalen Treibgasdruckes im Druckraum (38) eine Verformung der Seitenwand (45) ei nen Überdruck-Abströmweg (48) für das Treibgas öffnet.
einem in einem Führungsrohr angeordneten kolbenartigen Antriebskörper,
einem Antriebsmittel zum Erzeugen eines Treibgases, das durch Expansion in einem am Antriebskörper angrenzenden Druckraum den Antriebskörper antreibt, und
einer den Antriebskörper und den zu straffenden Sicher heitsgurt verbindenden Bewegungsübertragungseinrich tung, insbesondere nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine den Druck raum (38) begrenzende Seitenwand (45) des Führungsroh res (1) eine derart dimensionierte Wandstärke aufweist, daß beim Erreichen eines maximalen Treibgasdruckes im Druckraum (38) eine Verformung der Seitenwand (45) ei nen Überdruck-Abströmweg (48) für das Treibgas öffnet.
27. Kolbenantrieb nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem rechteckigen Querschnitt des Führungsroh
res (1) die im Querschnitt längeren Seitenwände (45)
sich nach außen wölben.
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