DE2421400C2 - Rotationskraftelement - Google Patents

Description

3. Rotationskraftelemem nac'· Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerhülse (16) an ihrer — in axiaier Vorschubriehiursg des Drehflügelkolbens (11) betrachtet — vorderen ringförmigen Stirnfläche eine Verzahnung (19) aufweist, welche zusammen mit einer korrespondierenden Verzahnung (20) an einer gegenüberliegenden Stirnfläche der Welle (4) die Verriegelung ermöglicht

4. Rotationskraftelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegende Stirnfläche der Welle (4) mittels einer auf diese aufgeschobenen und mit ihr fest verbundenen Kupplungshülse (21) ausgebildet ist

5. Rotationskraftelement nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Gegenverzahnung zum Anpressen kommenden Zahnflanken (40) — vom Zahngrund (41) aus betrachtet — bei der Mitnehmerhülse (16) geringfügig in Drehrichtung des Drehflügelkolbens (11) und bei der Welle (4) bzw. der Kupplungshülse (21) entgegengesetzt dazu geneigt sind.

6. Rotationskraftelement nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der in der Ausgangsstellung befindlichen Miinehmerhülse (16) ein kleiner Gasstauraum (26) ausgebildet ist, der mit dem Druckraum zwischen dem Druckgasgenerator (32) und dem in Ausgangsstellung befindlichen Drehflügelkolben (11) verbunden ist.

7. Rotationskraftelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Welle (4) und der Mitnehmerhülse (16) eine Kugellagerung (22), vorzugsweise mit mehreren axial hintereinander angeordneten Kugeln, vorgesehen ist.

8. Rotationskrafteiement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Mitnehmerhülse (16) auf einem koaxial zur Welle (4) angeordneten, mit dem Gehäuse (1) fest verbundenen Tragzapfen verdrehbar und zur Welle (4) hin nach vorn axial verschiebbar angeordnet ist

9. Rotationskraftelement nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß im Bereich des hinteren Endes der Mitnehmerhülse (16) zwischen dieser und dem Drehflügelkolben (H) ein ringförmiges Dichtungselement angeordnet ist

10. Rotationskraftelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß das Dichtungselement als an der Mitnehmerhülse (16) radial nach außen überstehende am Kolbenfuß (12) anliegende abscherbare Ringkante (25) ausgebildet ist

11. Rotationskraftelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß die von den Druckgasen beaufschlagbare Kolbenfläche (33) des Drehflügelkolbens (11) als in einer seiner Axialebenen liegende ebene Fläche ausgebildet ist

12. Rotationskrafteiemeni nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß der Drehflügelkolben (11) mit in Drehrichtung kleiner werdender axialer Breite und radialer Höhe ausgebildet ist

13. Rotationskraftelement nach e^:nem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß der Drehflügelkolben (11) nahe der vGn den Druckgasen beaufschlagbaren Kolbenfläche (33) mit einem oder mehrerer. Einschnitten und in diesen bzw. diese eingesetzten, geringfügig in axialer und radialer Richtung nach außen überstehenden und an der Wandung des Kanals (13) anliegenden scheibenförmigen Dichtungselementen (31) versehen ist.

14. Rotationskraftelement nach einem der An-

,-.«u« 1 u:„ 13 jJQiiurcri "ekennzeichnet daß der Kolbenfuß (12) an seiner äußeren Mantelfläche eine schraubenlinienförmig gewundene Nut (28) aufweist in welche die Begreivzungs-* ände (14) des im Gehäuse (1) ausgebildeten Kanals (13) nach Art einer Labyrinthdichtung hineinragen.

15. Rotationskraftelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet daß der Drehflügelkolben (11) in seiner Ausgangsstellung mittels eines Scherelementes (29) gehalten ist.

16. Rotationskraftelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15. dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgasgenerator (32) bzw. dessen Abströmkanal im Gehäuse (1) in der Weise angeordnet ist, daß die Druckgase in der Ausgangsstellung des Drehflügelkolbens (11) senkrecht gegen dessen Kolbenfläche (33) strömen.

Die Erfindung betrifft ein Rotationskraftelement der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Aus der DE-OS 21 21 101 ist ein Sicherheitsgurt zum Schutz der Insassen von Transporteinrichtungen, beispielsweise Flugzeugen oder Kraftfahrzeugen, bekannt, der eine Spannvorrichtung aufweist. Diese Spannvorrichtung wird in der Unfallsituation mittels eines Sensors bei Überschreiten eines vorgegebenen Verzögerungswertes ausgelöst und zieht den Gurt ein bzw. rollt ihn auf, bis er hinreichend eng am Körper des Insassen anliegt Ein derartiger Sensor ist beispielsweise in der

DE-OS 22 07 831 beschrieben. Die als Rotationskraftelement ausgebildete Spannvorrichtung weist ein Gehäuse mit in diesem angeordneten Druckgasgenerator und einer mit dem einzuziehenden Ende des Gurtes verbundenen Welle auf. Als Antriebselement für die Welle dient ein druckgasbetätigtes Turbinenrad. Um beim Spannvorgang eine Verletzung des Insassen zu vermeiden, arbeitet die Spannvorrichtung mit Gurtkraftbegrenzern wie einem Torsionsstab oder einer Reibradbremse zusammen. Außerdem ist eine selbsttätig wirksam werdende Sperrvorrichtung vorgesehen, die den gespannten Gurt wenigstens für kurzzeitige Beanspruchungen arretiert. Beispielsweise kann dazu ein gezahntes Sperrad mit federbelasteter Klinke verwendet werden.

Mit derartigen Spannvorrichtungen wird eine beträchtliche Erhöhung der Schutzwirkung von Sicherheitsgurten erreicht, wenn diese — wie es in der Praxis häufig der Fall ist — vom Insassen relativ lose angelegt werden, um seine Bewegungsfreiheit nicht zu sehr einzuschränken. Auch in Verbindung mit den sogenannten Automatikgurten, die bei langsamen Bewegungen nachgeben, bei schnellen jedoch blockieren, und aufgrund einer Rückholfeder immer unter leichter Zugspannung am Körper des Insassen anliegen, verbessern sie die Schutzwirkung, da zum einen die durch Trägheitskräfte auslösbaren Blockierungssysteme der Automatikgurte mit einer gewissen Verzögerung arbeiten und zum anderen der auf der Welle aufgewickelte Gurtteil nicht völlig fest, sondern noch mit einer gewissen Lose auf dieser sitzt, der Gurt selbst dehnbar ist, und der Sitz, die Kleidung sowie der Oberkörper des Insassen unter der Druckeinwirkung des Sicherheitsgurtes noch zusammengedrückt werden, so daß in der Unfallsituation noch eine unerwünscht große Vorwärtsbewegung des insassenkörpers möglich ist, die durch Einziehung des Gurtes mitteis derartiger Spannvorrichtungen in vorteilhafter Weise vermeidbar ist.

Die Anzahl der von der Welle der Spannvorrichtung während de^e Spannvorgangs auszuführenden Umdrehungen hängt von dem im Einzelfall geforderten Einzugsweg, dem Wickeldurchmesser usw. an. Im allgemeinen sind mehr als eine Umdrehung der Welle erforderlich, was mittels des Turbinenrades mit seinen längs des Umfangs verteilt angeordneten mehreren Anströmflächen ohne weiterer möglich ist. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine entsprechend lange Druckgaseinwirkung auf die sich nacheinander am Druckgasgenerator vorbeibewegenden einzelnen Anströmflächen des Turbinenrades, wodurch es insgesamt zu einer oftmals unerwünschten Verlängerung des Spannvorgangs kommt

Aus der US-PS 35 22 918 ist eine weitere Spannvorrichtung für Sicherheitsgurte bekannt, bei der die mit den Sicherheitsgurten in Verbindung stehende Welle mittels eines axial verschiebbaren Druckstückes in Rotation versetzt wird. Das Druckstück ist dabei mit der Welle nach Art eines Schraubengewindes verbunden und im Gehäuse so geführt, daß es unter Einwirkung eines unter entsprechendem Druck stehenden Fluids zwar eine axiale Bewegung, aber keine in Umfangsrichtung ausführen kann. Dadurch wird auf die Welle ein entsprechendes Drehmoment ausgeübt. Nachteilig ist hierbei, daß für die Erzielung eines ausreichend großen Drehmomentes ein unerwünscht hoher Fluiddruck erforderlich ist.

Es sind weiterhin, z. B. aus der DE-OS 21 38 918, Rotationskraftelemente bekannt, bei denen in einem Gehäuse ein Drehflügelkolben angeordnet ist, der in einem

ebenen »Kanal« unter Druckeinwirkung um einen Winkel von deutlich weniger als 360° verdrehbar ist Konstruktiv bedingt ist eine »volle« Umdrehung oder gar eine mehrfache nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Rotationskraftelement der eingangs genannten Art diesen Nachteil zu vermeiden, d. h. dieses so auszubilden, daß es die Ausführung von mehr als einer Wellenumdrehung innerhalb einer möglichst kurzen Zeitspanne und

ίο bei möglichst niedrigen Gasdrücken ermöglicht

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt entsprechend dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Mit der Ausbildung des Antriebselementes als axial verschiebbarer Drehflügelkolben mit einer einzigen von den Druckgasen beaufschlagbaren Kolbenfläche ist es in vorteilhafter Weise möglich, sofort den vollen Gasdruck auf die Kolbenfläche einwirken zu lassen, so daß der Drehflügelkolben eine hohe Anfangsgeschwindigkeit erhält und damit ein großes Drehmoment auf die zu verdrehende Welle ausübt, wobei diese mehr als eine Umdrehung ausführen kann. Als Druckgasgenerator für <v: Erzeugung der Druckgase kann beispielsweise eine Uiiier entsprechend hohem Innendruck stehende Preßluftflasche benutzt werden. Im Hinblick auf einen möglichst kleinen Raumbedarf ist für den Druckgasgenerator jedoch vorzugsweise eine Treibsalzladung vorgesehen, die elektrisch oder mechanisch durch Schlag zündbar ist und die Druckgase erst bei ihrer Umsetzung erzeugt Die Treibsatzladung kann beispielsweise entsprechend den in der DE-PS 16 46 313 angegebenen Gemischen zusammengesetzt sein.

Die Verbindung zwischen dem Drehflügelkolben und der Welle ist so auszubilden, daß einerseits das Drehmoment einwandfrei vom Drehflügelkolben auf die Welle übertragbar ist und andererseits der Drehflügelkolben mit möglichst geringen Kräften relativ zur Welle axial verschiebbar ist. Hierzu können beispielsweise die Welle und der ringzylindrische Kolbenfuß des Drehflügelkolbens nach Art eines Vielnutprofils aus^ebildit sein.

Um die Fertigung möglichst einfach zu gestalten, werden statt dessen jedoch die Welle und der Kolbenfuß voi zugsweise mit wenigstens je einer axialen Nut und in diese eingesetzter Gleitfeder versehen, die in Umfangsrichtung die drehfeste Verbindung herstell L in axialer Richtung jedoch die Verschiebung zwischen Welle und Drehflügelkolben zuläßt.

Der schraubenlinienförmig gewundene, im Gehäuseinneren ausgebildete Kanal stellt sozusagen den Zylinder für den Drehflügelkolben dar. Seine Länge richtet sich nach der Anzahl der vom Drehflügelkolben bzw. der Welle auszuführenden Umdrehungen, die beispielsweise bei der Anwendung des Rotationskraftelements für Spannvorrichtungen von Sicherheitseinrichtungen, insbesondere Sicherheitsgurten, vom geforderten Einzugsweg des mit der zu verdrehenden Welle verbundenen Endes der Sicherheitseinrichtung abhängt Seine Steigung wird im Hinblick auf eine möglichst kürzt axiale Baulänge des Gehäuses so klein gehalten, wie es die axiale Breite des Drehflügelkolbens und die aus Festigkeitsgründen erforderliche Dicke der Begrenzungswände zulassen. Die axial seitlichen Begrenzungswände reichen radial bis zum ringzylindriseheri/KolbeKfüß, um die Druckgase am seitlichen Umströmen des Drehflügelkolbens und Entweichen in den noch vor dem Drehflügelkolben liegenden Bereich des Kanals zu hindern, da diese Drückgase nicht nur für den Vortrieb des Drehflügelkolbens verlorengehen, sondern dessen Bewegung sogar noch abbremsen würden. Um die Verluste durch

Reibung kleinzuhalten, ist es zweckmäßig, das Spiel zwischen den sich relativ zueinander bewegenden Flächen bis auf einen vorzugsweise schmalen streifenförmigen Bereich an den beiden Seiten des Drehflügelkolbens und an dessen Mantelfläche verhältnismäßig groß zu halten.

Bei den vorstehend angegebenen Verbindungsmöglichkeiten zwischen dem Drehflügelkolben und der Welle sind beide von vornherein in Umfangsrichtung drehfest miteinander verbunden. Die Welle ist also beispielsweise auch im normalen Betriebszustand des Kraftfahrzeuges, d. h. vor Beginn des Spannvorgangs gegenüber dem Drehflügelkolben nicht frei drehbar. Diese Ausführungsform des Rotationskrafteiementes ist daher beispielsweise für einfache Sicherheitsgurte geeignet, deren Länge sich nicht automatisch den jeweiligen Verhältnissen anpaßt, sondern die von Hand verstellt werden müssen. Im Unterschied dazu muß jedoch beispielsweise bei den sogenannten Automatikgurten im normalen Betriebszustand die Weile mit dem aufgewickelten einen Ende des Sicherheitsgurtes frei drehbar sein, da nur dann der Sicherheitsgurt z. B. beim Vorbeugen des Insassen von der Welle abgezogen und beim Zurücklehnen mittels einer die Welle in Drehung versetzenden Rückholfeder wieder aufgerollt werden kann.

Um das erfindungsgemäße Rotationskraftelement auch dann anwenden zu können, wenn die zu verdrehende Welle bis zum Beginn des Antriebvorgangs, beispielsweise dem Spannvorgang eines Automatikgurtes, frei drehbar sein muß, ist in zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung eine Mitnehmerhülse gemäß Anspruch 2 vorgesehen. Die Verbindung zwischen dem Drehflügelkolben und der Mitnehmerhülse wird — wie vorstehend für die unmittelbare Verbindung von Drehflügelkolben und Welle angegeben — vorzugsweise mittels Nut und Feder ausgeführt Wird bei Beginn des Antriebsvorgangs der Drehflügelkolben unter der Druckgascinwifkung in Rotation versetzt und dabei durch die Zwangsführung im schraubenlinienförmig gewundenen Kanal gleichzeitig in axialer Richtung vorgeschoben, so nimmt der Drehflügelkolben aufgrund der Reibung an der Mitnehmerhülse diese mit. d. h. er verschiebt sie in axialer Richtung nach vorn, bis sie mit der Welle in Umfangsrichtung drehfest verbunden ist, so daß das Kolbendrehmoment auf die Weile übertragen wird.

Die in Umfangsrichtung drehfeste Verbindung zwischen der Mitnehmerhülse und der Welle kann beispielsweise mittels eines in die Welle eingesetzten Radialstiftes vorgenommen werden, der nach entsprechender Drehung und axialer Verschiebung der Mitnehmerhülse in einen Axialschlitz der letzteren eingreift Um die drehfeste Verbindung zwischen Mitnehmerhülse und Welle möglichst rasch nach Beginn des Antriebvorgangs durch den Drehflügelkolben herstellen zu können, die Drehbewegung des Kolbens also möglichst frühzeitig auf die Welle zu übertragen, ist die Ausbildung gemäß Anspruch 3 vorgesehen. Die Zahnhöhe und Zahnbreite werden zweckmäßigerweise gerade so groß gewählt, wie es aus Festigkeitsgründen für die sichere eo Übertragung des Drehmomentes erforderlich ist, so daß eine möglichst geringe axiale Verschiebung und gegebenenfalls Verdrehung der Mitnehmerhülse ausreicht, um die beiden Verzahnungen zum Eingriff zu bringen und damit die Verriegelung im Umfangsrichtung vorzunehmen.

Mit der Ausbildung nach Anspruch 4 hat man die Möglichkeit, die Kupplungshülse ebenso wie die Mitnehmerhülse aus einem Material höherer Festigkeit als die Welle herzustellen. Die Kupplungshülse kann mit der Welle beispielsweise mittels eines Querstiftes oder durch Aufschrumpfen fest verbunden werden, vorzugsweise wird sie jedoch über eine weitere Verzahnung an ihrer vorderen Stirnfläche, die sich im dauernden Eingriff mit einer entsprechenden Verzahnung der Welle befindet, fest mit dieser verbunden, um bei gleicher Festigkeit möglichst kleine Baugrößen zu erreichen.

Nach Anspruch 5 wird in vorteilhafter Weise eine selbsttätige Verstärkung der axialen Anpressung der beiden im Eingriff miteinander befindlichen Verzahnungen erreicht.

Zur weiteren Verkürzung der Zeitspanne zwischen dem Auslösen des Druckgasgenerators und der gegenseitigen Verriegelung von Mitnehmerhülse und Welle ist die Ausgestaltung nach Anspruch 6 vorgesehen. Die Druckgase beaufschlagen dann nicht nur die Kolbenfläche des Drehflügelkolbens, sondern sofort auch die hintere Stirnfläche der rvmtichfrierhüise, wodurch diese bereits in Vorschubrichtung des Drehflügelkolbens verschoben und mit der Welle in Umfangsrichtung drehfest verriegelt wird, bevor der Drehflügelkolben selbst sich merklich in axialer Richtung bewegt und entsprechende Axialkräfte auf die Mitnehmerhülse ausgeübt hat. Dieses Anschießen der Mitnehmerhülse und damit deren Verriegelung mit der Welle erfolgt also so schnell, daß die Drehbewegung des Drehflügelkolbens in vorteilhafter Weise praktisch von Anfang an auf die Welle übertragen wird. Der Gasstauraum wird klein ausgebildet, um eine unnötige Expansion der Gase und eine dadurch bedingte Druckreduzisrung zu vermeiden.

Um die Reibung bei der Relativbewegung zwischen Mitnehmerhülse und Welle möglichst klein zu halten, ist nach Anspruch 7 eine Kugellagerung vorgesehen, wobei die Kugeln vorzugsweise nicht nur in einer Reihe längs des Umfangs verteilt, sondern in zwei oder mehreren Reihen axial hintereinander angeordnet sind, um die vom Drehflügelkolben auf die Mitnehmerhülse und damit auch auf die Welle ausgeübten Kräfte auf einer möglichst großen Fläche zu übertragen. Statt einer Kugellagerung könnte aber je nach den Umständen des Einzelfalles auch eine Gleitlagerung, gegebenenfalls zusammen mit einer zusätzlichen Beschichtung aus einem reibungsvermindernden Material wie z. B. Polytetrafluorethylen vorgesehen werden.

Die freie Drehbarkeit der Welle bis zum Beginn des Antriebvorgangs kann im übrigen gemäß Ansprüche gewährleistet werden. Welle und Tragzapfen werden also getrennt voneinander ausgebildet, so daß die Beweglichkeit der Welle von der Mitnehmerhülse so lange nicht beeinflußt wird, bis die Mitnehmerhülse unter der Druckgaswirkung auf dem Tragzapfen axial gegen die Welle verschoben und mit dieser in Umfangsrichtung drehfest verriegelt worden ist

Sowohl bei der Kugel- bzw. Gleitlagerung auf der Welle als auch bei der Anordnung eines besonderen Tragzapfens für die Mitnehmerhülse ist es zweckmäßig, das radiale Spiel zwischen der Welle bzw. dem Tragzapfen und der Mitnehmerhülse in deren hinteren Bereich klein zu halten, so daß möglichst wenig Druckgas aus dem hinter der Mitnehmerhülse befindlichen Gasstauraum zum vorderen Ende der Mitnehmerhülse und gegebenenfalls in den schraubenlinienförmig gewundenen Kanal strömt und damit die Verschiebung von Mitnehmerhülse und Drehflügelkolben praktisch nicht Gehindert

Zwecks Verringerung der äußeren Gasumströmung

der Mitnehmerhülse kann nach Anspruch 9 ein besonderes Dichtungselement vorgesehen werden. Das beispielsweise als in eine entsprechende Ringnut eingesetzter O-Ring ausgebildete Dichtungselement kann dabei gleichzeitig zur axialen Fixierung der Mitnehmerhülse gegenüber dem Drehflügelkolben bis zum Beginn des Antriebsvorgang dienen, indem es mit entsprechendem radial- Übermaß ausgebildet wird, so daß Mitnehmerhülse und Drehflügelkolben reibschlüssig miteinander verbunden sind.

Durch die Ausbildung nach Anspruch 10 kann die axiale Festlegung der Mitnehmerhülse bis zum Beginn des Antriebsvorgangs noch weiter verbessert werden. Die Mitnehmerhülse wird dabei mit ihrer abscherbaren Ringkante in eine korrespondierende ringförmige Ausnehmung am hinteren Ende des Drehflügeikolbens mit Reibschluß eingesetzt und bewirkt gleichzeitig eine vorteilhafte Abdichtung.

Im Hinblich auf ein möglichst günstiges Verhältnis zwischen der auf den Drehflügelkolben einwirkenden Druckkraft und dem von ihm ausgeübten Drehmoment ist die Ausbildung nach Anspruch 1 vorteilhaft. Unter dem Begriff »Axialebene« sind die durch die Längsachse des Drehflügeikolbens gehenden Ebenen zu verstehen. Die Längsachse des Drehflügelkolbens verläuft dabei koaxial zur Wellenachse.

Die Länge des entsprechend dem schraubenlinienförmig gewundenen Kanals gekrümmten Drehflügeikolbens ist so groß zu wählen, daß die am Drehflügelkolben angreifenden Druckkräfte einwandfrei, d. h. ohne Zerstön ng oder unzulässige Deformation des Drehflügeikolbens auf den Kolbenfuß übertragen werden. Eine Überschreitung dieser aus Festigkeitsgründen erforderlichen Mindestlänge in Umfangsrichtung, die auch eine entsprechend größere axiale Länge des Drehflügeikolbens bedingt, sollte im allgemeinen vermieden werden, da dies bei gleich großem Drehwinkel einen entsprechend längeren Kanal und damit auch ein in axialer Richtung längeres Gehäuse erfordert. Um die Reibung zwischen dem Drehflügelkolben und den Begrenzungswänden des Kanals so klein wie möglich zu halten, empfiehlt sich eine Ausführung nach Anspruch 12. Das kleinste axiale und radiale Spiel zwischen dem Drehflügelkolben und den Begrenzungswänden ist dadurch auf einen kleinen Bereich an der von den Druckgasen beaufschlagbaren Kolbenfläche beschränkt. Zur Verringerung der axialen Breite des Drehflügeikolbens sind vorzugsweise seine beiden Seitenflächen gegeneinander geneigt ausgebildet, was den weiteren Vorteil hat, daß der Drehflügelkolben erst nach einem größeren Drehwinkel mit seiner vorderen Stirnfläche am Gehäuse bzw. dem vorderen Ende des Kanals anschlägt

Zur weiteren Verminderung der Reibung kann die Ausbildung nach Anspruch 13 vorgesehen werden. Der bzw. die Einschnitte verlaufen ebenso wie die Kolben-Fläche vorzugsweise in Axialebenen und erstrecken sich praktisch bis zum Kolbenfuß. In diesen bzw. diese Schlitze ist ein dünnes Blech aus beispielsweise Stahl, Aluminium, Kupfer oder Blei, insbesondere jedoch aus Messing, mit Reibschluß eingesetzt Dadurch ist es möglich, das Spiel zwischen dem Drehflügelkolben und der Wandung des Kanals in den außerhalb des bzw. der Einschnitte liegenden Bereichen im Vergleich zu einem schlitzfreien Drehflügelkolben zu vergrößern, ohne daß dadurch die Abdichtung gegenüber den Druckgasen verschlechtert wird.

Nach Anspruch 14 kann eine noch weitere Reduzierung des Gasschlupfes zu dem vor dem Drehflügelkolben liegenden Teil des Kanals erreicht werden.

Der Drehflügelkolben ist bis zum Beginn des Antriebsvorgangs in der Ausgangsstellung, mit seiner Kolbenfläche dem Druckgasgenerator gegenüberliegend gehalten. Diese Fixierung kann grundsätzlich dadurch erfolgen, daß der Drehflügelkolben reibschlüssig in den Kanal eingesetzt ist, so daß er zwar unter der Einwirkung der Druckgase, nicht jedoch unter den beispielsweise im normalen Betriebszustand auftretenden Kräften verschiebbar ist. Sofern jedoch von den vorstehend angeführten vorteilhaften Maßnahmen zur Verminderung der Reibung Gebrauch gemacht wird, entfällt eine derartige Reibschlußfixierung. In diesem Falle ist die Anordnung nach Anspruch 15 vorgesehen. Das Scherelement ist dabei vorzugsweise als Sicherungsstift ausgebildet, der in einer axialen Gehäusebohrung und korrespondierenden Bohrung des Drehflügeikolbens angeordnet ist.
Zwecks günstiger Ausnutzung der Energie der Druckgase erweist sich die Anordnung nach Anspruch 16 als vorteilhaft.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel gezeigt und wird anhand dieses nachstehend noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Rotationskraftelement im Schnitt gemäß der Linie I-I in F i g. 2,

F i g. 2 eine Ansicht gemäß Pfeil A in F i g. 1 bei abgenommenen Gehäusedeckel,

Fig. 3 das Rotationskraftelement im Schnitt gemäß der Linie III-1II in F i g. 2 mit zwei verschiedenen Drehflügelkolbenstellungen,

Fig.4a und b zwei Ansichten des Drehflügeikolbens und
F i g. 5 einen Ausschnitt aus der in die Ebene abgewikkelten Verzahnung der Mitnehmerhülse in vergrößerter Darstellung.

Das Rotationskraftelement, das hier für eine Spannvorrichtung für Sicherheitsgurte angewandt ist, weist gemäß F i g. 1 das aus Stahl hergestellte Gehäuse 1 auf, das mit dem Gehäusewinke] 2,2' und dem Gehäusedekkel 3 mittels nicht gezeigter axial angeordneter Schrauben verbunden ist, wobei der Deckel 3 das Gehäuse 1 nach hinten gasdicht abschließt. Die Welle 4 ist in bekannter Weise über die mit ihr verbundene zusätzliche Gurthülse 5 und die Lagerbuchse 6 aus beispielsweise Kunststoff wie Polyäthylen im Gehäusewinkel 2 drehbar gelagert. Ein weiteres Lager ist in gleichfalls bekannter Weise am anderen nicht gezeigten Wellenende vorgesehen, wo auch die Sperrvorrichtung angeordnet ist, die den Gurt oder ein anderes zu spannendes Element im angespannten Zustand arretiert. Die Sperrvorrichtung wird bei Überschreiten eines vorgegebenen Beschleunigungswertes ausgelöst und kann beispielsweise entsprechend der in der DE-OS 20 58 883 beschriebenen Bremsvorrichtung aufgebaut sein. Das eine Ende des Gurtes 7 ist an der Gurthülse 5 befestigt und über diese mit der Welle 4 verbunden. Im Gehäuse 1 grenzt die Trennscheibe 8 mit Stützring 9 den Federraum 10 von dem eigentlichen Rotationskraftelement ab. Im Federraum 10 ist in bekannter Weise eine nicht gezeigte spiralartige Rückholfeder angeordnet, die ein solches Drehmoment auf die Welle 4 und damit auch auf die Gurthülse 5 ausübt, daß der Gurt 7 immer unter leichter Zugspannung am Körper des Insassen anliegt.

Zwischen dem Gehäusedeckel 3 und der Trennscheibe 8 ist das Rotationskraftelement mit dem Drehflügelkolben 11 mit ringzylindrischem Kolbenfuß 12 und dem schraubenlinienförmig gewundenen Kanal 13 vorgese-

hen, dessen axiale seitliche Begrenzungswände 14 sich radial bis nahe zum Kolbenfuß 12 erstrecken. Der Kanal

13 weist etwa anderthalb Gänge auf, so daß der Drehflügelkolben 11 und damit auch die Welle 4 mit Gurthülse 5 beim Spannvorgang etwa anderthalb Umdrehungen ausführen können, was je nach Gurthülsendurchmesser einem Gurteinzcgsweg von beispielsweise 150 bis 200 mm entspricht.

Der Drehflügelkolben 11 ist mittels der axial angeordneten Gleitfedern 15 mit der Mitnehmerhülse 16 so verbunden, daß er unter der Druckgaseinwirkung zusammen mit der Mitnehmerhülse 16 verdreht und gleichzeitig auf ihr entsprechend dem Pfeil A axial nach vorn geschoben wird. Die Gleitfeder 15 ist in einer Nut 17 des Drehflügelkolbens 11 und einer Nut 18 der Mitnehmerhülse 16 angeordnet. An ihrer vorderen ringförmigen Stirnfläche weist die Mitnehmerhülse 16 die Verzahnung 19 auf, der die Verzahnung 20 an der gegenüberliegenden Stirnfläche der auf dem Wellenabschnitt 4' befindlichen Kuppiungshülsc 21 gegenüberliegt. Die beiden Verzahnungen 19,20 befinden sich im normalen Betriebszustand im Abstand von z. B. 0,2 mm voneinander. Zahnhöhe und Zahnfußbreite betragen beispielsweise je etwa 2 mm.

Zwischen der Mitnehmerhülse 16 und dem in ihr befindlichen Wellenabschnitt 4" ist die Kugellagerung 22 mit drei axial hintereinander liegenden Kugelreihen angeordnet. An ihrem hinteren Ende weist die Mitnehmerhülse 16 den eingepreßten Abdeckring 23 auf, dessen radiales Spiel gegenüoer dem Wellenabschnitt 4" gering ist. Die Mitnehmerhü'se 16 weist ferner im Bereich ihres hinteren Endes an ihrer äußeren Mantelfläche ein ringförmiges Dichtungselement auf, mit dem die Abdichtung und axiale Fixierung gegenüber dem Drehflügelkolben 11 erreicht w ird. Das Dichtungselement ist in der oberen Hälfte der K i g. 1 als in eine korrespondierende Nut eingesetzter O-Ring 24 ausgebildet, während in der unteren Figurenhälfte als Alternative hierzu eine Ausbildung als abscherbare Ringkante 25 gezeigt ist.

Hinter der Mitnehmerhülse 16 ist der Gasstauraum 26 ausgebildet, der — wie Fig. 2 deutlicher erkennen läßt — über die Ausnehmung 27 mit dem Druckraum zwischen dem Druckgasgenerator und dem in Ausgangsstellungbefindlichen Drehflügelkolben 11 verbunden ist. Der ringzylindrische Kolbenfuß 12 ist gegenüber dem eigentlichen Drehflügelkolben 11 in axialer Richtung nach vorn und hinten verlängert und weist auf seiner äußeren Mantelfläche eine sich über die ganze axiale Länge erstreckende schraubenlinienförmig gewundene Nut 28 auf, in welche die Begrenzungswände

14 des Kanals 13 mit radialem Spiel hineinragen und so eine zusätzliche Abdichtung nach Art einer Labyrinthdichtung bewirken. Das Scherelement 29, hier ein in entsprechenden axialen Bohrungen angeordneter abscherbarer Sicherungsstift, fixiert den Drehflügelkolben 11 in seiner Ausgangsstellung gegenüber dem Gehäuse

Sofern statt der Kugellagerung 22 für die Mitnehmerhülse 16 ein mit dem Gehäuse 1 fest verbundener Tragzapfen vorgesehen ist muß man sich die Welle 4 beispielweise im Bereich der Verzahnungen 19, 20 durchgetrennt vorstellen. Der Wellenabschnitt 4" wäre dann mit dem Gehäusedeckel 3 beispielsweise einstückig hergestellt und würde als Tragzapfen für die Mitnehmerhülse 16 bis auf einen geringen axialen Abstand von beispielsweise 2 mm an das hintere Ende der Welle 4 im Bereich der Verzahnungen 19,20 heranreichen Die Kugellagerung 22 würde entfallen; das radiale Spiel zwischen dem Tragzapfen 4" und der Mitnehmerhülse 16 könnte relativ klein sein, da dadurch die freie Drehbarkeit der Welle 4 im normalen Betriebszustand nicht beeinflußt würde.

Gemäß F i g. 2 ist das Gehäuse 1 mit vier axialen Bohrungen 30 versehen, welche die Schrauben zum Verbinden des Gehäuses 1 mit dem Gehäusewinkel 2 und dem Gehäusedeckel 3 aufnehmen. Die Mantelfläche des Kanals 13 ist ebenso wie der in diesen eingesetzte in der Ausgangsstellung befindliche Drehflügelkolben 11 mit Scherelement 29 und dem scheibenförmigen Dichtungselement 31 gestrichelt dargestellt. In den Kanal 13 ist von der Seite her tangential der Druckgasgenerator 32 gasdicht eingesetzt, der praktisch bis zu der von den Druckgasen beaufschlagbaren Kolbenfläche 33 des Drehflügelkolbens 11 reicht. Der Druckgasgenerator 32 ist als elektrisch zündbare Treibsatzpatrone mit Einschraubstopfen 34 und den beiden Zündleitungen 35 ausgebildet. Das hintere Ende des Wellenabschnittes 4", des Abdeckringes 23, der Mitnehmerhülse 16 mit der. gestrichelt gezeigten beiden Gleitfedern 15 und des Kolbenfußes 12 mit der Ausnehmung 27 sind in der Draufsicht dargestellt. Die Ausnehmung 27 stellt hier den Beginn der schraubenförmigen Nut 28 im Kolbenfuß 12 dar und verbindet den Druckraum zwischen dem Druckgasgenerator 32 und der Kolbenfläche 33 mit dem Gasstauraum 26.

Die Funktion des Rotationskraftelementes ist wie folgt:

Bei einem unfallbedingten Überschreiten eines eingestellten Beschleunigungswertes gibt ein vorzugsweise elektronischer Sensor das Zündsignal für die Treibsatzpatrone. Die entstehenden Druckgase strömen gegen die Kolbenfläche 33 des Drehflügelkolbens 11 und gleichzeitig über die Ausnehmung 27 in den Gasstauraum 26. Nach Aufbau eines hinreichend hohen Gasdruckes wird die Mitnehmerhülse 16 gemäß dem Pfeil A in F i g. 1 axial nach vorn geschoben, bis die Verzahnung 19,20 gemäß F i g. 3 miteinander im Eingriff sind, so daß dann der Drehflügelkolben 11 und die Welle 4 bzw. die Gurthülse 5 in Umfangsrichtung drehfest miteinander verbunden sind. Praktisch gleichzeitig mit de- Axialverschiebung der Mitnehmerhülse 16 wird der Drehflügelkolben 11 in Drehung versetzt, wobei das Scherelement 29 abgeschert wird. Der Drehflügelkolben 11 dreht sich hier nach F i g. 2 entgegen dem Uhrzeigersinn.

In Fig.3 sind zwei unterschiedliche Drehflügelkolbenstellungen gezeigt In der oberen Hälfte der Figur ist der Drehflügelkolben 11 kurz nach Beginn seiner Drehbewegung gezeigt, während in der unteren Hälfte der Drehflügelkoiben 11 nach etwa anderthalb Umdrehungen seine Endlage erreicht hat Aus zeichentechnischen Gründen wurde dabei der Kolbenfuß 12 in der jeweils anderen Figurenhälfte fortgelassen. Die vor dem Drehflügelkoiben 11 befindliche Luft wurde bei der Bewegung des Drehflügelkolbens 11 im wesentlichen über die Öffnung 36 der Trennscheibe 8 in den Federraum 9 verdrängt Der Gesamtvorgang ab dem Zündsignal bis zum Erreichen der Endstellung des Drehflügelkolbens 11 dauert beispielsweise 6 bis 10 ms, wobei die im Gurt 7 auftretenden Kräfte z. B. zwischen 200 bis 400 kp betragen.

Der in F i g. 4a in der Seitenansicht gezeigte Drehflügelkoiben 11 weist an der inneren Mantelfläche des ringzylindrischen Kolbenfußes 12 die beiden sich über die ganze Länge erstreckenden Nuten 17 für die Aufnahme der Gleitfedern 15 auf. Die von den Druckgasen beaufschlagbare Kolbenfläche 33 liegt in einer Axial-

11

ebene, d. h. ihre gedachte Verlängerung geht durch den Mittelpunkt 37 des Drehflügelkolbens 11. Nahe der Kolbenfläche 33 ist in einem Einschnitt das scheibenförmige Dichtungselement 31 angeordnet. Die in der äußeren Mantelfläche des Kolbenfußes 12 ausgebildete schraubenlinienförmige Nut 28 ist in ihrem vorderen Auslauf zu erkennen. Die Länge des Drehflügelkolbens ti in Umfangsrichlung ist so bemessen, daß die angreifenden Kräfte einwandfrei auf den Kolbenfuß 12 übertragen werden. Die radiale Höhe des Drehflügelkolbens 11 nimmt zu dem der Kolbenfläche 33 gegenüberliegenden Ende hin allmählich ab.

In Fig.4b ist der Drehflügelkolben 11 im Grundriß gezeigt. Hier sind deutlich die Nut 28 mit ihrem hinteren Auslauf 27 und die zwecks Verringerung der axialen Breite des Drehflügelkolbens 11 gegeneinander geneigten Seitenflächen 38 und 39 zu erkennen.

Die Verzahnung 19 der Mitnehmerhülse 16 ist gemäß F i g. 5 nach Art eines Sägezahnprofiles ausgebildet, bei dem die an der Gegenverzahnung 20 zum Anliegen kommenden Zahnflanken 40 — vom Zahngrund 41 aus betrachtet — geringfügig in die durch den Pfeil B angegebene Drehrichtung geneigt sind. Der Neigungswinkel cc kann bis zu etwa 20° betragen. Die Verzahnung 20 der Welle 4 bzw. der Kupplungshülse 21 ist spiegelbildlich hierzu ausgebildet.

Das erfindungsgemäße Rotationskraftelement ist vorstehend am bevorzugten Beispiel einer Spannvorrichtung für Sicherheitsgurte in Flugzeugen, Kraftfahrzeugen oder dgl. näher erläutert worden. Seine Anwendang ist jedoch keineswegs auf Sicherheitsgurte oder auch Sicherheitsnetze sowie ähnliche in einer Unfallsituation zu spannende Sicherheitseinrichtungen in Transporteinrichtungen beschränkt, sondern grundsätzlich immer dann von Vorteil, wenn auf ein Signal hin kinematische Vorgänge, bei denen eine Rotationsbewegung auftritt, ausgeführt werden sollen. Beispielsweise kann es sich dabei urn das Aufwickeln von Seilen, das Spannen von Spiralfedern oder auch den Anlaßvorgang von Kolbenmotoren handeln.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Rotationskraftelement vorzugsweise für Spannvorrichtungen von Sicherheitseinrichtungen zum Schutz der Insassen von Transporteinrichtungen, insbesondere Sicherheitsgurten, mit einem Gehäuse und diesem zugeordneten Druckgasgenerator und einem im Gehäuse geführten druckgasbetätigten Antriebselement für eine zu verdrehende Welle, ίο wobei das Antriebselement als Drehflügelkolben mit einer von den Druckgasen in Urnfangsrichtung beaufschlagbaren Kolbenfläche ausgebildet ist, der über einen ringzylindrischen Kolbenfuß mit der Welle in Umfangsrichtung drehfest verbunden bzw. verbindbar ist und der ferner in einem koaxial zur Welle angeordneten Kanal des Gehäuses dicht geführt ist, wobei sich die axial seitlichen Begrenzungswände des Kanals radial bis zum Kolbenfuß erstrekken, dadurchgekennzeichnet, daß der Kanal (13) schraubenlinienförmig gewunden und der Kolben (11) relativ zur Welle (4) axial verschiebbar ist.

2. Rotationskraftelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Welle (4) und dem Kolbenfuß (12) eine Mitnehmerhülse (16) angeordnet ist, gegenüber der die Welle (4) bis zum Beginn des Antriebsvorgangs frei drehbar ist und die dann beide unter Verschiebung der Mitnehmerhülse (16) in axialer Vorschubrichtung des Drehflügelkolbens (11) miteinander in Umfangsrichtung drehfest verriegelbar sind, und daß der Drehflügelkolben (11) mit der Mitr».hmerhülse (16) in Umfangsrichtung drehfest verbunden und in axie'^r Richtung auf dieser verschiebbar ist