DE19846227A1 - Kolbenantrieb zum Straffen eines Kraftfahrzeugsicherheitsgurtes - Google Patents

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.

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.

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.