DE3413484A1 - Sicherheitsgurtaufrollautomat mit integrierten gurtstrammerelementen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen kostengünstigen Gurtstrammeraufrollautomaten, bei dem die Auslösung aus Zeitgründen nach wie vor pyrotechnisch über einen Mini-Sprengsatz (ca. 0,2 g Treibladung) erfolgt, der Strammvorgang selbst jedoch aus der gespeicherten Energie einer vorgespannten mechanischen Feder abgeleitet wird. Der Mini-Sprengsatz hat lediglich die Aufgabe, über eine Sollbruchstelle die formschlüssige Verbindung zur Arretierung der vorgespannten Strammerfeder aufzuheben, so daß die Kraftübertragung für den Gurtstrammvorgang (Gurteinzug 10 bis 20 cm bei einer Gurtkraft bis zu etwa 1000 N) erfolgen kann. Ein derartiger Gurtstrammer reduziert den Aufwand an Platz und Gewicht, insbesondere aber den Preis, sowie die Probleme mit dem Sprengstoff bei der Montage (gesetzliche Auflagen) und der Entsorgung. In einer besonders einfachen und preisgünstigen Ausführungsform übernimmt ein mech. Zünder die Zündung des Mini-Sprengsatzes und somit die Aktivierung der Gurtstrammung. Es ist weder ein aufwendiger Fahrzeugsensor, weder Elektronik, weder eine Verkabelung, noch eine Stromversorgung notwendig. Das System arbeitet autark. Eine noch einfachere Ausführungsform verzichtet auch auf pyrotechnische Mittel und bewerkstelligt die Aktivierung über einen rein mechanischen Auslösemechanismus.

Description

• Sicherheitsgurtaufrollautomat mit integrierten Gurtstrammerelementen Die Erfindung betrifft einen Sicherheitsgurtaufrollautomaten mit integrierten Gurtstrammerelementen, die im Falle eines Unfalls, durch einen Sensor aktiviert, Gurtband in den Aufrollautomaten einziehen unu somit durch einen schnelleren Gurtktaftanstieg und eine geringere Vorverlagerung des Insassen zu einer Minderung der Unfallbelastung beitragen.
• Gurtstramrrer kommen z. Z. bereits vereinzelt (Sonderausstttung) zum Einsatz. Es herrscht in Fachkreisen Einigkeit darüber, dalS der Qiurtstrammr eine Steigerung der Sicherheit für Aut'natiksicherliitsgurte darstellt.
• Insofern ist bereits ein Trend deutlich und es ist nur eine Frage der Zeit, bis derartige Komponenten zur Serienausstattung gehören werden.
• Aufgrund der extrem kurzen Zeitabläufe bei einem Unfall wird met eine pyrotechnische Auslösung über einen Sensor zur Aktivierung der Gurtstrammerfunktion infrage kollimen. Alle bisher bekanntgewordenen und realisierbar erscheinenden Lösungen basieren neben der Auslösung auch bei der Energieerzeugung, also der Kraftentfaltung für den eigentlichen Strammvorgang, auf pyrotechnischen Mitteln, d. h. dem Abbrennen einer Treibladung. Hierfür sind gesetzlich max. 2 g erlaubt. Der heute zum Einsatz kommende Strammer verwendet 1g. Er erzeugt damit eine Gurtstrammerkraft von max. 1000N.
• Die Frage der sinnvollen Gurtstrammerkrait ist noch nicht ausdiskutiert. Die einen wollen die Kraft auf mx. 1200 N begrenzen; die anderen empfehlen eine Kraft von ca. 5000 N, um die Effizienz, d. h. den Sicherheitseffekt zu steigern und den enormen Aufwand für einen Gurtstrammer gerechtfertigt zu sehen.
• Der Aufwand eines heutigen Strammers ist tatsächlich beachtlich. Er wiegt etwa 1000 g und ist somit ca. 3 x schwerer als ein moderner Aufrollautornat.
• Der Platzbedarf ist mindestens doppelt so groß. Gravierend ist der Preisunterschied. Für einen Stramrner muß der Kunde heute als Sonderwunsch etwa 200.-- DM mehr aufwenden (ohne Berücksichtigung von Sensor und Verdrahtung.) Dabei darf auch die Treibladung nicht vergessen werden, die mit 1-2 g Dynamit bei der Entsorgung problematisch ist. Eben dieser Sprengstoff bedingt auch besondere, d. h. teure, Vorkehrungen bei der Verarbeitung und Montage.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Gurtstrammer zu realisieren, der insbesondere billiger ist, darüberhinaus aber auch kleiner und leichter, sowie deutlich weniger Sprengstoff benötigt.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß die Auslösung der Gurtstrammerfunktion aus Zeitgründen zwar nach wie vor pyrotechllisch erfolgt, die Energieumsetzung zum Einzug einer bestimmten Menge Gurtbandes jedocil mit einer vorgspannten, mcchanisclleli Strammerfeder bewerkstelligt wird.
• Solange die gwünschte/sinnvolle Gurteinzugskraft in der Größenordnung von 1000 N liegt, ist die erforderliche Energie dafür auf einfache Art und Weise aus einer vorgspannten Feder entnehmbar.
• Die einzuziehende Gurtbandlänge beträgt 10 bis 20 c!Ti, was bei einem heutigen Aufroller mit einem \hickeldurchtnesser von ca. 45 mm etwa 1 bis 1,5 Umdrehungen der Welle entspricht. Es kommen also Federn zum Einsatz, die beim Entspannen (bei ungefähr einer Wellenumdrehung, bzw. ca. 15 cm Gurteinzug) eine kraft von etwa 1000 N abzugeben vermögen.
• Die Abstützung (Arretierung) von Kräften in dieser Größenordnurg über lange Zeiträume ist mit einfachen mechanischen Mitteln möglich Besondere Präzision ist nicht erforderlich im Gegensatz zu rein pyrotechnischen Lösungen, wo es gilt, Spitzendrücke von über 1000 bar abzudichten. Diese Spitzendrücke sind auch der Maßstab für die Dimensionierung der Wanddicken.
• Federvorgespannte Automaten können auch in üblicher Weise ohne besondere Beschränkungen gefertigt werden. Die kleinen Sprengladungen mit ca. 0,2g Teibstoff, wie sie als Trennschrauben standardmäliig erhältlich sind, dürfen ohne Auflagen montiert werden.
• Gurtstrammer in der erfindungsgemäßen Bauart sind kleiner (keine aufwendige Umsetzung von hohen Drücken in translatorische oder rotatorische Bewegung), leichter (keine dicken Wandstärken, weniger Teile) und vor allem deutlich billiger (einfacher Aufbau, wenig Teile, einfache Fertigung, normale Toleranzen). Auch das Problem der Sprengstoffentsorgung ist weniger groß.
• In iner besonders einfachen Ausführungsform wird ein Billig-Gurtstrammer vorgeschlagen, der systemautark arbeitet, d.h., von externen Sensoren, Elektronik, Verkabelung und Stromversorgung unabhängig ist. Ein mechanischer Zünder, der in Fahrtrichtung über ein Feder-Masse-System mit Schlagbolzen und Aufschlagzünder funktioniert, aktiviert einen Mini-Sprengsatz.
• Rhnlich wirkt eine pyrotechnische Trennschraube, die eine dre'çmomentbeaufschlagte Arretierung zur Aktivierung einer Gurtstrammung im unfall auslöst.
• Schließlich wird eine rein mech. Auslösung vorgeschlagen, die auch auf den Einsatz psrotechn. Sprengmittel verzichtet.
• In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen dargestellt.
• Es Zeigen: Fig. 1: Strammerautomat mit konzentrisch angeordneter Strammereinheit Fig. 2: Strammerautomat mit koaxial angeordneter Strammereinheit Fig. 3: Auslösevorrichtung für Strammer gem. Fig. 2 Fig. 4: Arretiervorrichtung für Strammer gem. Fig. 2 Fig. 5: Diagramm einer Strammerfeder Fig. 6: Diagrarnm eines pyrotechnischen Strammers Fig. 7: Strammerautomat mit mech. Zünder Fig. Pwtroltechrl. Trennschraube mit mech. Zünder Fig. 9/10/11: Beispiel eines rein mech. wirkenden Auslösemechanismus Die in Fig. 1 gezeigte Lösung baut nur ca. 20 mm breiter als die Standarautomaten und ist für alle Typen von Aufrollern adaptionsfähig.
• In einer Federkassette 6 befindet sich sowohl die normale Triebfeder 5 als auch die Strammerfeder 7a, die in der Mitte an einer Nabe 9c einer Haltevorrichtung 9 befestigt ist. Der Spannvorgang in der Montage erfolgt mit dem Federdeckel 8, der mit einer Arretierverzahnung 8c in eine AutAenverzahnung 9f eingreift. Sodann wird der Deckel um den Betrag 31 vcrschoben und mit den Stiften 6a in Bohrungen 8b vernietet. Erst kurz vor den; Versand wird die Sprengladung 10 eingestzt.
• Der Strammvorgang wird von einem Crashsensor ausgelöst, der einen Zündimpuls über das Zündkabel 17 an die Sprengladung 10 gibt. Die Treibgase in der Druckkammer 31 lassen die Sollbruchstelle Z)e der aus Druckgul3 gefertigten Haltevorrichtung 9 bersten. Das Kuppungsteil mit der Verzahnung 9b und 9f stößt in den Freiraum 28 zwischen NXitnehmerzapfen 3c und Nabe 9c und stellt eine formschlüssige Verbindung her. Nach Beendigung dieses Hubvorganges ist die Arretierung aufgehoben und die volle gespeicherte Energie in der Strammerfeder 7a steht zur rückwärtigen Drehung der Welle, also zum Gurteinzug, zur Verfügung. Die erfreuliche Tatsache, daß gleich am Beginn des StratTimvorganges die max. Kraft ansteht, bedeutet für die Praxis im Hinblick auf die zu überwindende Massenträgheit kurze Strammzeiten.
• Für Einsatzfälle, wo ein Gurtstrammerautonlat die heute erreichte Breite bei Standarautomaten von unter 90 mm nicht überschreiten soll, ist eine Ausführungsform gem. Fig. 2 sinnvoll. Der Stramlnvorgarlg wird durch Verschwenken eines Drehzylinders 13 mittels einer Querstange 13 a bewerkstelligt Die dafür erforderliche Energie wird erfindungsgemäß von einer vorgespannten Feder 7 geliefert Aufgrund des hier gegebenen großen Einbauraumes sind verschiedene Federformen einsetzbar, z. B. Schraubenfedern, Drehstabfedern oder, wie gezeigt, Spiralfedern. Der erlordelriche Rotationswinkel beträgt nur 180° bis max. 270°, dafür ist aber auch etwa die doppelte Kraft an der Querstange 13a erforderlich. In seiner jeweils erreichten Endstellung 16 wird der in den verlängerten (;ehäusescnenkeln 2c gelagerte Drehzylinder 13 für die Aufnahme der Unfallbelastung blockiert.
• Die Funktion und Arbeitsweise dieses Strarnmers wird in Verbindung nit den Fig. 3 und 4 deutlich. Zunächst wird ein Schenkel 13c mittels einer Trennschraube 20 mit dem Gehäuseschenkel 2c drehfest verbunden. Die Strammerfeder 7a wird sodann über 2 Aufziehnaben 22 rnit der Aufziehwelle 14 gespannt. Danach werden die Aufziehnaben 22 drehfest über die Verzahnungen 23/24 in den Gehäuseschenkeln 2c gelagert und mit dem Stift 25 gesichert.
• Die Auslösung im Unfall erfolgt durch Trennen der Trennschraube 20 an der Sollbruchstelle 21. Durch Aufbördeln der Bruchfläche in die Innenfase 33 werden herumfliegende Teile vermieden. Nach erfolgter Trennung steht urplötzlich die volle Antriebsenergie der gespannten Strammerteder 7a zum Verschwenken des Drehzylinders an. Je nach der Gegenkraft (Gurtlose im System, Bekleidung des Insassen) erfolgt eine Rotation von 120O bis max. 270O und er damit verbundene Gurteinzug bis zu etwas über 200 mni.
• ln Fig. 5 ist ein allgemein gültiges Federdiagramm für eine Strammerfeder mit Federkraft und Federweg, bzw. Gurtkraft und Gurteinzug dargestellt. Der Weg S1 entspricht etwa 200 mm Gurtbandeinzug. Das bedeutet für die Strammerfeder gem. Fig. 1 einen Drehwinkel von etwa 540°, für die Strammerfeder gen. Fig. 2 etwa 2700- Die Gurtkraft g"4,sollte etwa bei 1200 N liegen, F1 bei etwa 800 N, so daß sich als mittlere Gurteinzugskraft über den Strammvorgang 1000 N einstellt. Das ergibt einen Energiebedarf von etwa 200 Nm und einen Energieinhalt in der vorgespannten Spanrlfcder 7a von etwa 4u0 Nm.
• Die Fig. 6 zeigt zum Vergleich bei pyrotechnischen Energiewandlern ein Diagramm des Zünddruckes Pz und des Brennkammerdruckes Büber der Zeit Diese Drücke sind nur mit entsprechenden Wandstärken, richtungen und mit Präzision beherrschbar.
• In der Fig.7 ist der bereits beschriebene Stammerautomat 1 mit einem mechanischen Zünder 38 ausgerüstet, der den Mini-Sprengsatz 10' über einen Schlagbolzen 35 und einen Aufschlagzünder 37 zur Auslösung bringt. Die Sensormasse 34 ist in Fahrtrichtung 46 angeordnet. Bei L1berschreften einer Verzögerung von ca 5g bis 8g schiel3t die Sensorinasse 34 nach vorne und zündet den Aufschlagziinder 37.
• Die Fig.8 zeigt eine pyrotechn. Trennschraube 20' aus der Fig.3, die ebenfalls mit einem mech. Zündmechanismus ausgerüstet ist, so daß ein automatisch auslösendes, unabhängig arbeitendes (autarkes) Gurtstrammersystcm möglich wird.
• Die Fig. 9 bis 11 schließlich zeigen ein Beispiel für eine rein mech. Auslösung der Gurtstrammung. Drei Riegel 41 übertragen das Drehmoment 42 aus der Spiralfeder 7a von Kerben 40 der Halterung 9' itl ein Widerlager 45, das sich über eine Verzahnung 8c gegen den Deckel 8 abstützt. Ab Verzögerungen von ca. Eg entwickelt die Sensormasse 34' in Fahrtrichtung so große Trägheitskräfte 46, daß sie über Mitnehmer 44 die Riegel 41 aus ihren Aufstandsfläcken 43 reißt und damit die Gurtstrammung ausgelößt wird. Um das Gewicht der Sensormasse 34' klein halten zu können, kann für die Aufstandsfläche 43 ein reibungsrninderr!der Winkel vorgesehen werden. Benennungen 1 Aufrollautomat 2 Gehäuse 2a Gehäuserückwand 2b Gehäuseschenkel 2c verlängerter Gehäuseschenkel 3 Welle 3a Wellenschaft 3b Wellenzapfen - Triebfeder 3c Mitnehmerzapfen 3d Mitnehmerverzahnung 4 Gurtband 4a/b Gurtbandwickeldurchmesser 5 Triebfeder 6 Federkassette 6a Stift 6b Kralle 7 Strammerfeder 7a Strammer- Spiralfeder 7b Strammer- Druckfeder 7c Strammer- Schraubenfeder 7d Strammer- Drehstabfeder 8 Federdeckel 8a Halterung 8b Bohrung 8c Arretierverzahnung 9 Haltevorrichtung 9a Kupplung 9b Innenverzahnung 9c Nabe-Strammerfeder 9d Aufnahmeverzahnung 9e Sollbruchstelle 9f Außenverzahnung 10 Mini-Sprengsatz 11 Triebfedernabe 12 Schwenkweg 13 Drehzylinder 13a Quersteg 13b Einhängung 13c Flansch 14 Aufziehwelle 15 Nullstellung 16 Endstellung 17 Zündkabel 18 Umlenksteg 19 Befestigungsbohrung 20 Trennschraube 21 Sollbruchstelle 22 Aufziehnabe 23 Außenverzahnung 24 Innenverzahnung 25 Stift 26 Bohrung 27 Sensor 28 Freiraum 29 Innenraum 30 Aufrollautomat 31 Hub 32 Druckkammer 33 Innenfase 34 Sensormasse 35 Schlagbolzen 36 Sensorfeder 37 Aufschlagzünder 38 Mech. Zünder 39 Mitnehmerkupplung 40 Kerbe 41 Riegel 42 Federkraft/Drehmoment 43 Aufstandsfläche 44 Mitnehmer 45 Widerlager 46 Trägheitskraft/Fahrtrichtung - Leerseite -

Claims (8)

1. Patentansprüche 1. Sicherheitsgurtaufrollautomat mit integrierter. Gurtstrammerelementen, die im Falle eines Unfalls über einen Sensor ausgelöst einen Gurtbandeinzug in den Aufrollautomaten bewerkstelligen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine starke Strammerfeder (7) durch geeignete Arretiermittel (8c/9f, 6a/8b, 2c/20/13c, 24/25) in einen vorgespannten Zustand versetzt wird und im Falle eines Unfalls ein kleiner pyrotechnischer Sprengsatz (10,20) durch Zerstörung einer Sollbruchstelle (9e/21) die in der vorgespannten Strammerfeder (7) gespeicherte Energie für einen Gurtstrammungsvorgang nutzbar werden läi3t.
2. 2. Automat nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n t, daß eine in einer Federkassette (6) untergebrachte Strammer-Triebfeder (7a) in vorgespannten Zustand durch eine I laltevorrichtung (9) mit Sollbruchstelle (9e) über Verzahnungen (Sc/9i) sowie Stifte und Bohrungen (Sa/8b) in einer intaktiven Etuhestellung arretiert ist und durch Zündung des Sprengsatzes (10) der Kupplungsteil (9a) der Haltevorrichtung (9) durch Zerstörung der Sollbruchstelle (9e) in den Freiraum (28) verfährt, dabei die Verzahnungen (3d/9b) und 9d/9f) ineinandergreifen, wobei die Arretierung aufgehoben wird und die Strammerfeder (7a) somit ihre gespeicherte Energie (E) für einen Gurteinzugsvorgang auf die Welle (3) übertragen kann.
3. 3. Automat nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß für einen Gurtstrammungsvorgang ein Drehzylinder (13) mit einem Quersteg (13a) scllvvenkbar über dem eigentlichen Aufrollautomaten (30) angeordnet ist, wobei im Innern (2) des Drehzylinders (13) eine Strammerfeder (7a/7c/7d) zwischen einer Einhängung (13b) und einer Aufziehwelle (14) angeordnet ist, die über Auf ziehnaben (22) in eine inaktive, vorgespannte Ruhestellung gebracht wird, und daß nach Zünden einer Sprengladung in einer Trennschraube (20) eine Sollbruchstelle (21) die Verbindung zwischen Gehäuse (2c) und Drehzylinderf lansch (13c) aufhebt, so <laß die gespeicherte Energie (E) in der Strammerfeder (7) durch Versciwenken des L)reiazylinders (13) von einer Ruhestellung (15) in eine aktive Arbeitsstellung (16) für einen Gurtstrammungsvorgallg genutzt werden kann.
4. 4. Automat nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß eine gespannte Strammerfeder (7b) nach Zerstörung einer Sollbruchstelle (21) in einer Trennschraube (20) durch einen Sprengsatz einen Aufrollautomaten (30) linear auf einer Rastschiene von einer oberen Ruhestellung (15) in eine untere Endstellung (16) verfährt.
5. 5. Automat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal3 ein mechanischer Zünder (38), dessen Masse (34) bei Überschreiten einer bestimmten Verzögerung gegen die Kraft einer Sensorfeder (36) nach vorne schießt und über einen Schlagbolzen (35) und Auischlagztinder (37) einen Mini-Sprengsatz (10') zündet, als Auslöser zur Alitivierung einer Gurtstrammung fungiert.(Fig. 7)
6. 6. Automat nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine pyrotechnische Trennschraube (20') einen mechanischen Zündmechanismus mit Sensormasse (34), Schlagbolzen (35), Sensorfeder (36) und Aufschlagzünder (37) beinhaltet, der den Mini-Sprengsatz (1 0") ab bestimmten Verzögerungen in Richtung (46) zündet. (Fig. 8)
7. 7. Automat nach den vorangegangenen Ansprüchen. dadurch gekennzeichnet, daß zur Auslösung des Stramm vorganges in einer Unfall eirie mechanische Auslösevorrichtung einen Riegel (41) zur Arretierung der Stårnmerfeder (7) entriegelt, sobald die Verzögerung des Fahrzeuges eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
8. 8. Automat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Riegel (41) das Drehmoment (42) aus der Feder (7a) von einer Haltevorrichtung (9') gegen ein Widerlager (45) im Deckel (8) abstützt und daß ab vorbestimmten Verzögerungen in Fahrtrichtung (46) eine Sensormasse (34') die Riegel (41) über Klitnehnier (44) gegen die Reibungskraft in den Aufstandsflächen (43) entriegelt, so daß die Entspannung der Feder (7a) über eine Mitnehmerkupplung (39) die Gurtstrammung auslößt. (Fig. 9, 10 und 11)