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Beschreibung Gurtstraffer für einen selbstsperrenden Sicherheitsgurtaufroller
Die Erfindung betrifft einen Gurtstraffer für einen selbstsperrenden Sicherheitsgurtaufroller,
insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einem druckmittelbeaufschlagten zylindergeführten
Kolben, der mit räumlichem Bezug zur Gurtaufwickelwelle des Gurtaufrollers angeordnet
und über einen Seiltrieb und eine Kupplung mit dieser verbindbar ist.
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Eine derartige an einem beispielsweise in der DE-OS 28 23 334 beschriebenen
selbstsperrenden Sicherheitsgurtaufroller vorzusehende Straffeinrichtung ist beispielsweise
in der DE-OS 30 40 667 beschrieben. Dabei ist am Gehäuse des Gurtaufrollers ein
Zylinder angebracht, in welchem ein druckgasbetätigter Kolben angeordnet ist. Der
Kolben ist über einen Seiltrieb getrieblich mit der Aufwickelwelle des Sicherheitsgurtaufrollers
verbunden,
indem das Antriebsseil ortsfest angelenkt und über eine am Kolben angebrachte Seilumlenkung
ins Innere einer über die Gurtaufwickelwelle des Gurtaufrollers geschobenen, als
Kupplung wirkenden Hülse geführt ist, dort in mehreren Windungen um die Gurtaufwickelwelle
liegt und von dort zu einer Vorratsrolle weitergeführt ist. Dabei sollen die Windungen
des Antriebsseil es vorzugsweise an der Innenseite der Elülse anliegen, und die
Umschlingung des Antriebsseiles um die Gurtaufwickelwelle soll zweieinhalb Windungen
betragen.
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Im Unfallgeschehen, wenn durch einen fahrzeugseitigen Sensor die im
Zylinder befindliche pyrotechnische Ladung gezündet wird und die entstehenden Druckgase
den Kolben beaufschlagen, wird der Kolben mit Umlenkrolle in Richtung vom Gurtaufroller
weggetrieben. Hierdurch wird das Antriebsseil straffgezogen und legt sich mit seinen
Windungen im Ringraum um einen entsprechenden Fortsatz der Gurtaufwickelwelle fest,
wodurch die Welle infolge des durch den Umschlingungswinkel hervorgerufenen Kraftschlusses
gedreht und damit der Sicherheitsgurt gestrammt wird.
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Mit einer derartigen Ausbildung einer Straffvorrichtung für einen
selbstsperrenden Gurtaufroller ist jedoch folgender Nachteil verbunden: Nach dem
Zünden des pyrotechnischen Treibsatzes entsteht in dem Zylinder kurzzeitig eine
sehr hohe Druckspitze, welche aufgrund der dadurch hervorgerufenen großen Anfangsbeschleunigung
der Bauteile zu einer übergroßen mechanischen Beanspruchung des Gurtstraffers und
insbesondere zum Reißen des
Antriebsseiles führt, bevor der Druck
durch die Straffarbeit abgebaut wird. Die hohen Spitzendrücke sind unter anderem
durch die Herstellung der Treibladung bedingt, da es nur unter großem Aufwand möglich
wäre, einen Treibsatz herzustellen, welcher einen genau vorherbestimmbaren Druck
liefert.
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Handelsübliche Treibsätze sind im Hinblick auf die von ihnen bei Einbau
in einen Gurtstraffer ausgelösten Druckverhältnisse jedoch derartigen Schwankungen
unterworfen, daß es in einer Vielzahl von Anwendungsfällen aufgrund der Druckspitzen
zu der obengenannten mechanischen Beanspruchung, die bis zur Zerstörung des Gurtstraffers
reicht, kommt.
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Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gurtstraffer
für einen selbstsperrenden Sicherheitsgurtaufroller der eingangs genannten Gattung
derart zu verbessern, daß die unvermeidlichen Druckspitzen keine Schäden mehr im
Seiltrieb sowie in der Kupplung verursachen. Gleichzeitig soll der Straffvorgang
jedoch in der kürzestmöglichen Zeit, d. h. unter voller Ausnutzung der für den Straffvorgang
benötigten Antriebsenergie ablaufen.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter
Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser
Beschreibung vorangestellt sind.
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Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß der hohe, für die
Leistung der Straffarbeit nicht benötigte Spitzendruck durch die in den Dämpfungsgliedern
verrichtete Reibungs- und/oder
Formänderungsarbeit abgebaut wird,
wobei nicht benötigte Energie vernichtet wird. Auf den Seiltrieb und die Kupplung
sind danach nur noch diejenigen Kräfte wirksam, die für die Bewirkung eines ausreichenden
Straffvorganges auch benötigt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin
zu sehen, daß durch die Ausgestaltung der Dämpfungsglieder im einzelnen sichergestellt
ist, daß die Dämpfung durch die geleistete Reibungs- und/oder Formänderungsarbeit
je nach der auftretenden Druckspitze verschieden groß ist. Liegt der Anfangsdruck
also unter dem möglichen Spitzendruck, so findet keine so große Energievernichtung
statt, vielmehr kommt es unmittelbarer zum Beginn des Straffvorganges, und in einem
solchen Fall geht keine unnötige Zeit für die Einleitung der Straffbewegung verloren.
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Die Erfindung sieht einerseits vor, entsprechende Verformungsarbeit
leistende Dämpfungsglieder schon im Bereich des Kolbenweges, also im Zylinder unmittelbar
beim Angriff des Spitzendruckes anzuordnen.
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Alternativ oder zusätzlich sind nach der Erfindung weitere Dämpfungsglieder
im Bereich der Kupplung des Seiltriebs an die Gurtaufwickelwelle vorgesehen, da
die Kupplung aufgrund der von ihr rückzudrehenden Gurtaufwickelwelle die einem freien
Abzug des Antriebsseiles von der Seilscheibe entgegengerichtete Kraft ausübt und
so die Belastung des gesamten Systems hervorruft. Mit den im Bereich der Kupplung
angeordneten Dämpfungsgliedern wird daher erreicht, daß die Kupplung dem plötzlich
auftretenden Seilzug zunächst einmal ohne Drehung der Gurtaufwickelwelle unter Vernichtung
der Spitzenenergie nachgeben kann, bevor es aufgrund des Kraftschlusses zu
der
eigentlichen Straffbewegung und Drehung der Gurtaufwickelwelle kommt.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der das Antriebsseil
antreibende Kolben zweiteilig ausgebildet, wobei die Verformungsarbeit durch das
Ineinanderschieben der beiden entsprechend gestalteten Kolbenteile geleistet wird.
Im Bereich der Kupplung ist vorgesehen, die Seilscheibe als Speichenrad mit elastisch
verformbaren, gegeneinander in Umfangsrichtung anstoßenden Speichen auszubilden,
wobei nach der elastischen Verformung sichergestellt sein muß, daß die Speichen
nicht in ihre Ausgangslage zurückkehren, sondern durch Sperrmittel, wie eine entsprechende
Schnappverbindung, daran gehindert werden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben,
welche nachstehend erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 den Gurtstraffer mit Sicherheitsgurtaufroller
in Vorderansicht, teilweise geschnitten, Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 in einer
Seitenansicht im Schnitt, Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Seilscheibe gemäß
Fig. 2, Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Seilscheibe entsprechend Fig.
3,
Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel der Kupplung in Seitenansicht,
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kupplung entsprechend Fig. 5.
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Ein Sicherheitsgurtaufroller 10 weist eine Gurtaufwickelwelle 11 auf,
die in U-förmigen Gehäuseschenkeln 12 gelagert ist. An der der sogenannten Systemseite,
an welcher die Gestaltungen zur gurtband- wie auch fahrzeugsensitiven Blockierung
des Gurtaufrollers angeordnet sind, gegenüberliegenden Seite ist an dem Gehäuseschenkel
12 über eine Befestigung 8 ein Gurtstraffer angeordnet. Dieser weist einen senkrechten
Zylinder 13 auf, in welchem ein Kolben 14 beweglich angeordnet ist. Der Zylinder
13 ist in seinem unteren Bereich zu einem Druckstutzen 15 verstärkt, und im Winkel
zum Druckstutzen 15 ist ein Rohr 16 mit einem innenliegenden pyrotechnischen Treibsatz
angeordnet.
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Im Bereich des Druckstutzens 15 sitzt der Kolben 14, der mit seiner
Unterseite den Innenraum des Zylinders 13 dichtend ausfüllt. Nach oben ist der Kolben
14 zweiteilig mit Kolbenunterteil 17 und Kolbenoberteil 18 ausgebildet, wobei das
Kolbenunterteil 17 sich kegelstumpfförmig erhebt und das Kolbenoberteil 18 zylindrisch
ausgebildet ist. Die nach unten offene Seite des zylindrischen Kolbenoberteils 18
entspricht in ihrem Durchmesser dem Durchmesser des oberen Endes des kegelstumpf
förmigen Kolbenunterteils 17. Nach oben ist das Kolbenoberteil 18 durch eine Platte
19 abgeschlossen.
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Ein Antriebsseil 20 ist durch den Zylinder 13 sowie mittig durch den
Kolben 14 mit Kolberunterteil 17 und Kolbenoberteil 18 geführt und oberhalb auf
der Platte 19 des Kolbenoberteils 18 mittels einer Preßhülse 21 festgelegt. Zum
Schutz des Seiles 20 vor den heißen Explosionsgasen weist das Kolbenunterteil 17
nach unten eine bis zum Boden des Zylinders 13 reichende Rohrhülse 22 auf, durch
welche das Seil 20 nach oben verläuft.
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Das Antriebsseil 20 ist vom Zylinder 13 herkommend durch eine Gehäuseabdeckung
23 des Gurtaufrollers 10 bis zu einer Seilscheibe 24 geführt und in mehreren Windungen
auf der Seilscheibe 24 aufgewickelt und dort befestigt. Die Seilscheibe 24 ist formschlüssig
auf einem über den Gehäuseschenkel 12 hinausragenden Wellenansatz 25 der Gurtaufwickelwelle
11 gelagert, wobei der Formschluß durch die Ausbildung eines Wellenabschnitts als
Vierkant 26 und eine entsprechende viereckige Ausnehmung in der Seilscheibe 24 gegeben
ist. Auswärts neben der Seilscheibe 24 ist noch eine Rückholfeder 27 für die Gurtaufwickelwelle
11 angeordnet, welche in einer besonderen Federkassette 28 gelagert ist, die an
der Außenseite der Gehäuseabdeckung 23 befestigt ist.
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Die nähere Ausbildung der Seilscheibe 24 ergibt sich im einzelnen
aus Figur 2. Die Seilscheibe 24 weist ausgehend von einem Kern mit der den Wellenvierkant
26 umgreifenden Ausnehmung in Abwickelrichtung des Antriebsseiles 20 gebogene radiale
Speichen 29 auf, die mit Abstand zueinander angeordnet sind. An ihrem äußeren Ende
tragen die Speichen 29 in Umfangsrichtung gebogene,
gemeinsam einen
Kreisbogen ergebende Seilträger 30, auf denen das auf der Seilscheibe 24 aufgewickelte
Antriebsseil 20 ruht, welches auf der Seilscheibe 24 in lockeren Schlingungen gewickelt
sein muß, um eine ungehinderte Drehung der Gurtaufwickelwelle 11 unter der Seilwicklung
hindurch beim Normalbetrieb des Gurtaufrollers zuzulassen.
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Wie Figur 3 (Einzelheit X) deutlicher zu entnehmen ist, können auch
bei dem Ausführungsbeispiel der Seilscheibe 24 gemäß Figur 2 die jeweils einander
zugeordneten Enden der Seil träger 30 mit Schnappverbindungen 32 versehen sein.
Ebenso können die diesbezüglichen Enden der Seilträger 30 auch mit teilweise Anlaufschrägen
versehen sein, um die Verformungsarbeit bis zum Schließen des Speichenrades entsprechend
zu vergrößern, wobei zur gegenseitigen Verbindung der Seilträger bei geeigneter
Werkstoffauswahl ein Verschweißen der Seilträger aufgrund der entstehenden Arbeitswärme
in Betracht gezogen werden kann.
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Die Figuren 3 - 6 gehen aus von einer Kupplung von Seilscheibe 24
und Gurtaufwickelwelle 11, welche nicht mehr durch eine unmittelbar formschlüssige
Verbindung der beiden Bauteile entsprechend der Darstellung in Figur 2 gegeben ist.
Bei den in den Figuren 3 - 6 gezeigten Ausführungsbeispielen ist axial neben der
Seilscheibe 24 auf der Gurtaufwickelwelle 11 eine Kupplungsscheibe 37 (Figur 6)
angeordnet, die nun ihrerseits formschlüssig mit der Gurtaufwickelwelle 11 verbunden
und in der Lage ist, ein Drehmoment zu übertragen. Die Verbindung von Seilscheibe
24 und Kupplungsscheibe 37 ist dabei so ausgebildet, daß eine beispielsweise formschlüssige
Verbindung von Seilscheibe 24
und Kupplungsscheibe 37 erst im Auslösefall
des Gurtstraffers erfolgt, indem ein an der Seilscheibe 24 gelagertes Sperrelement
im Auslösefall zum Eingriff in entsprechend an der Kupplungsscheibe 37 vorgesehene
Gestaltungen gebracht wird. Hierzu kann an der Kupplungsscheibe 37, der Seilscheibe
24 zugewandt, ein innenverzahnter Zahnring vorgesehen sein, in den ein an der Seilscheibe
24 gelagertes Sperrglied durch seine im Auslösefall erfolgende radiale Auslenkung
eingreift. Für die Ausbildung der Verbindung zwischen Seilscheibe 24 und Kupplungsscheibe
37 gilt in jedem Fall der Grundsatz, daß sich die Gurtaufwickelwelle 11 gegenüber
der Seilscheibe 24 frei drehen können muß, solange der Gurtstraffer nicht ausgelöst
ist, da das Antriebsseil bei diesen Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 3 -
6 fest mit der Seilscheibe verbunden ist.
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In Figur 3 ist die Ausbildung einer Seilscheibe 24 gezeigt, die auf
der Gurtaufwickelwelle 11 frei drehbar ist, wobei die Dämpfungsglieder an der Seilscheibe
24 vorgesehen sind. Hierzu ist die Seilscheibe 24 entsprechend dem schon zu Figur
2 beschriebenen Ausführungsbeispiel mit radialen Speichen 29, Seilträgern 30 und
Schnappverbindungen 32 ausgebildet, wobei allerdings nun das auf der Seilscheibe
24 aufgewickelte Antriebsseil mittels einer Preßhülse 31 an der Seilscheibe 24 befestigt
ist.
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In Figur 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Seilscheibe 24
dargestellt, die in diesem
Fall aus einem auf dem Wellenfortsatz
25 der Gurtaufwickelwelle 11 angeordneten Kupplungsglied 33 und einem dieses umgreifenden
Verformungsring 34 besteht, wobei das Antriebsseil 20 außen auf dem Verformungsring
34 aufgewickelt und mittels der Preßhülse 31 am Kupplungsglied 33 befestigt ist.
Das Kupplungsglied 33 weist drei nach außen um ein gewisses Maß vorstehende Vorsprünge
35 auf, wobei sich der Radius des Kupplungsgliedes 33 im Bereich zwischen den Vorsprüngen
35 in Drehrichtung der Seilscheibe 24 anwachsend mit entsprechend radial nach außen
verlaufenden Umfangslinien vergrößert. Das hat zur Folge, daß dieHöhe in Drehrichtung
der Seilscheibe 24 weisende Tiefe jedes Vorsprungs 35 größer ist als diejenige auf
seiner anderen Seite. Gleichzeitig weist der Verformungsring 34 nach innen weisende
Vorsprünge 36 auf, die in ihrem vorspringenden Maß der größten Höhe der Vorsprünge
35 des Kupplungsgliedes 33 entsprechen. Die Abmessungen der Vorsprünge 36 des Verformungsringes
34 decken nur einen Teil der Umfangszwischenräume zwischen den Vorsprüngen 35 des
Kupplungsgliedes 33 ab, so daß eine Verdrehung der Bauteile gegeneinander um einen
Winkel alpha möglich ist.
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Eine ähnliche Gestaltung, wie sie in Figur 4 zwischen Kupplungsglied
und Verformungsring der Seilscheibe 24 vorgesehen ist, ist auch denkbar für den
Bereich der Lagerung der Kupplungsscheibe 37 auf dem Wellenfortsatz 25 der Gurtaufwickelwelle
11 selbst, wie Figur 5 zu entnehmen ist. Hierzu weist der Wellenfortsatz 25 an seinem
Außenumfang eine entsprechende Gestaltung wie das Kupplungsglied 33 auf, während
die Kupplungsscheibe 37 in ihrer
den Wellenfortsatz 25 umgreifenden
Ausgestaltung dem Verformungsring 34 entspricht.
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Figur 6 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel der Kupplungsscheibe
37, die über in den Langlöchern 39 angeordnete Schrauben 38 mit dem nicht dargestellten
Zahnring verbunden und formschlüssig auf dem Wellenvierkant 26 der Gurtaufwickelwelle
11 gelagert ist. Als Dämpfungsglieder sind hier an dem Zahnring Zapfen 40 angeordnet,
die in langlochartige Schlitze 41 in der Kupplungsscheibe 37 eingreifen, wobei die
Schlitze 41 mehrere in Folge angeordnete taillenförmige Einengungen 42 aufweisen,
die im Abstand des Durchmessers der Zapfen 40 voneinander angeordnet sind.
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Der erfindungsgemäße Gurtstraffer für einen selbstsperrenden Sicherheitsgurtaufroller
arbeitet folgendermaßen: Durch die im Unfallgeschehen von einem fahrzeugseitigen
Sensor erfolgende Auslösung der Treibladung im Rohr 16 freigesetzten Druckgase treten
in den Druckstutzen 15 des Zylinders 13 ein und beaufschlagen die untere Seite des
Kolbenunterteils 17 und treiben dieses im Zylinder 13 nach oben. Dadurch wird das
Antriebsseil 20 gestrafft und mit einer Zugkraft belastet. Indem das Antriebsseil
an der Oberseite des Kolbenoberteils 18 durch die Preßhülse 21 festgelegt ist, wird
eine Druckkraft auf das Kolbenoberteil 18 ausgeübt, welche zu einem Ineinanderschieben
von Kolbenoberteil 18 und Kolbenunterteil 17 führt, wobei durch die so bewirkte
Verformungsarbeit ein Teil der nicht benötigten Spitzenenergie vernichtet wird.
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Der Verformungsweg der sich ineinander einschiebenden Kolbenteile
ist dabei abhängig von der Größe des Spitzendruckes, mit dem das Kolbenunterteil
17 beaufschlagt wird und somit gleichzeitig von der dadurch beeinflußten Druckkraft,
welche das Antriebsseil 20 über die Preßhülse 21 auf das Kolbenoberteil 18 aufbringt.
Sobald entweder Kolbenoberteil und Kolbenunterteil vollständig ineinander eingeschoben
oder aber der zu vernichtende Energieanteil abgebaut ist, setzt sich der Kolben
14 im Zylinder 13 unter der Wirkung der sich ausdehnenden Druckgase in Bewegung
und zieht das Antriebsseil 20 hinter sich her.
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Das Antriebsseil 20, welches in mehreren Windungen auf der Seilscheibe
24 aufgewickelt ist, strebt unter der Zugwirkung danach, sich von der Seilscheibe
24 abzuwickeln und erzeugt so am Umfang der Seilscheibe 24 ein Drehmoment. Dieses
Drehmoment sorgt letztendlich für eine Drehbewegung der Seilscheibe 24 und somit
der formschlüssig mit der Seilscheibe 24 verbundenen Gurtaufwickelwelle 11, wodurch
der Sicherheitsgurt in der gewünschten Weise gestrammt wird.
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Bevor es jedoch zur Übertragung des Drehmomentes auf die Gurtaufwickelwelle
11 kommt, werden die Dämpfungsglieder im Bereich der als Kupplung wirkenden Seilscheibe
24 wirksam, indem bei dem Ausführungsbeispiel entsprechend den Figuren 2 und 3 durch
das am Umfang der Seilscheibe 24 ziehende Antriebsseil die Speichen 29 mit Seilträgern
30 in Abwickelrichtung des Antriebsseiles 20 elastisch bis zum Anschlag der Seilträger
30 aneinander verbogen werden. Durch diese verbiegende
Verformungsarbeit
wird ein weiterer Anteil der nicht benötigten Spitzenenergie vernichtet, wobei durch
die jeweils an den Seilträgern 30 vorgesehenen Schnappverbindungen 32 sichergestellt
ist, daß die Speichen 29 nach Leistung der Verformungsarbeit in ihrer Endstellung
verbleiben und die aufgenommene Energie nicht wieder preisgeben können. Bei dem
in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die energievernichtende Verformungsarbeit
dadurch, daß unter der Wirkung der am Umfang des Verformungsringes 34 durch das
Antriebsseil 20 bewirkten Kraft sich der Verformungsring zunächst gegenüber dem
Kupplungsglied 33 verdreht, wobei die Vorsprünge 36 des Verformungsringes 34 in
den zwischen den Vorsprüngen 35 des Kupplungsgliedes 33 gelegenen Umfangsabschnitten
gleiten. Aufgrund der sich nach außen erweiternden Kontur der Umfangsabschnitte
zwischen den Vorsprüngen 35 des Kupplungsgliedes 33 findet eine Aufweitung des Verformungsringes
34 mit entsprechend geleisteter Verformungsarbeit statt, wonach spätestens bei einer
gegenseitigen Verdrehung um den Winkel alpha die Seilscheibe 24 mit Kupplungsglied
33 und Verformungsring 34 insgesamt in Drehung versetzt wird und diese Drehung auf
die Gurtaufwickelwelle 11 überträgt.
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In gleicher Weise erfolgt die Vernichtung der überschüssigen Energie
bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5, bei welchem durch eine entsprechende
Gestaltung des Außenumfanges des die Kupplungsscheibe 37 tragenden Wellenfortsatzes
25 dafür Sorge getragen ist, daß durch eine formändernde Aufweitung der Kupplungsscheibe
37 eine entsprechende Formänderungsarbeit erfolgt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 sind schließlich die Dämpfungsglieder
in die Kopplung zwischen dem Zahnring und der Kupplungsscheibe 37 eingeschaltet.
Die Dämpfung der Antriebsbewegung geschieht dadurch, daß die am Zahnring angeordneten
Zapfen 40 die durch die Einengungen 42 unterteilten Schlitze 41 der Kupplungsscheibe
37 durchlaufen und so die zur Überwindung des sich daraus ergebenden Widerstandes
erfolgende Energie in Formänderungsarbeit umwandeln.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung
und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können
sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
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Zusammenfassung