DE4305596A1 - Aufwickelvorrichtung für einen Sicherheitsgurt in Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufwickelvorrichtung für einen Sicherheitsgurt in Fahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Aufwickelvorrichtung dieser Art (DE 32 15 928 A1) weist der Drehkolbenmotor im Rückstrammer einen koaxial zu der zwei um 180° versetzte Drehflügel tragenden Drehkolbenwelle angeordneten Drehzylinder auf, der auf der Drehkolbenwelle drehbar gelagert ist und ebenfalls zwei um 180° versetzte Drehflügel besitzt. Jeweils ein Drehflügel der Drehkolbenwelle und ein Drehflügel des Drehzylinders begrenzen eine von zwei Expansionskammern, die über jeweils eine Bohrung in der Drehkolbenwelle mit einer den pyrotechnischen Treibsatz aufnehmenden Explosionskammer im Innern der Drehkolbenwelle in Verbindung stehen. Die Drehkolbenwelle ist über eine Radial-Innenfreilaufkupplung mit dem Motorgehäuse so gekoppelt, daß eine Rotation der Drehkolbenwelle entgegen Drehkolbendrehrichtung unterbunden und in Drehkolbendrehrichtung möglich ist. Der Drehzylinder ist über zwei parallele Seile mit einer Kupplungsscheibe der als Freilaufkupplung ausgebildete Mitnehmerkupplung verbunden und vermag diese bei einer Drehung über die Seile ebenfalls in Rotation zu versetzen. Mit Rotation der Kupplungsscheibe verschiebt sich diese axial und nimmt über eine Verzahnung die Aufrollspule des Gurtaufrollautomaten mit. Nach erfolgter Zündung des pyrotechnischen Treibsatzes gelangen die Treibgase in die von den Drehflügeln begrenzten beiden Expansionskammern und dehnen sich aus. Dabei werden die Drehflügel des Drehzylinders in Drehkolbendrehrichtung in Rotation versetzt. Die Drehflügel der Drehkolbenwelle bleiben durch die Radial-Innenfreilaufkupplung zunächst fixiert, bis die Drehflügel des Drehzylinders nach einer Umdrehung von etwas weniger als 180° an den Drehflügeln der Drehkolbenwelle anschlagen und diese in Drehkolbendrehrichtung mitnehmen.

Diese bekannte Aufwickelvorrichtung hat den Vorteil, daß der Treibsatz an unterschiedliche Sicherheitsgurtanordnungen nicht besonders angepaßt werden muß, d. h. nicht auf den erforderlichen Aufwickelweg der Gurtlose abgestimmt werden muß. Es kann ein für alle Gurtlosen ausreichend großer Treibsatz verwendet werden, ohne Beschädigungen erwarten zu müssen, da die Drehflügel des Drehzylinders beim Anschlagen an die Drehflügel der Drehkolbenwelle diese unter Vergrößerung der anzutreibenden Masse mitnehmen, bis ihre Antriebsenergie verbraucht ist. Die Drehflügel der Drehkolbenwelle bilden somit eine in Drehkolbendrehrichtung verschiebbare Wand der beiden Expansionskammern, so daß die noch energiereich angetriebenen Drehflügel des Drehzylinders nicht hart gegen einen Anschlag laufen, sondern relativ weich abgefangen werden. Somit werden Beschädigungen im Rückstrammer vermieden. Die konstruktive Gestaltung des Rückstrammers in der bekannten Aufwickelvorrichtung ist jedoch sehr aufwendig, so daß die Fertigungskosten der Aufwickelvorrichtung sehr hoch liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufwickelvorrichtung für einen Sicherheitsgurt der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei gleich guter Funktion konstruktiv einfach und damit fertigungstechnisch kostengünstiger ist.

Die Aufgabe ist bei einer Aufwickelvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Aufwickelvorrichtung besteht der Rückstrammer nur aus einem zylinderförmigen Gehäuse und einem darin rotierenden Drehkolben, der sehr einfach und robust durch eine Drehkolbenwelle mit nur einem einzigen Drehflügel realisiert ist. Die die Gegenwand der Expansionskammer bildende Schwenkklappe ist ebenfalls ein konstruktiv einfaches Bauteil. Sie kann einerseits durch ihre Anlage an dem gehäuseseitigen Anschlag dem Treibgasdruck nicht ausweichen, so daß die gesamte Antriebsenergie auf den Drehflügel übertragen wird, und läßt andererseits durch ihr Ausweichen vor dem Drehflügel eine Rotation des Drehkolbens über mehr als eine volle Umdrehung der Drehkolbenwelle zu, und zwar solange, bis die gesamte Antriebsenergie von der Aufrollspule aufgezehrt ist, so daß die Vorteile der bei der bekannten Aufwickelvorrichtung vorhandenen flexiblen Expansionskammerwand voll erhalten bleiben. Der zur Aufrollspule des Gurtaufrollautomaten koaxial angeordnete Drehkolben ermöglicht eine direkte, sehr einfach aufgebaute Mitnehmerkupplung, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Rollenkupplung ausgebildet ist, die je nachdem, ob die Aufrollspule oder der Drehkolben angetrieben wird, geöffnet bleibt (Freilauf) oder schließt (Mitnahme).

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Aufwickelvorrichtung für einen Sicherheitsgurt mit zweckmäßigen Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patenansprüchen angegeben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung läuft der Drehflügel in einem zwischen dem zylinderförmigen Motorgehäuse und der Drehkolbenwelle eingeschlossenen Ringkanal, dessen Kanalquerschnitt vollständig überdeckend, um. In das Motorgehäuse ist in Drehkolbendrehrichtung gesehen vor dem motorgehäusefesten Schwenkklappen-Anschlag eine in den Ringkanal mündende Entlüftungsbohrung eingebracht. Diese Entlüftungsbohrung sorgt dafür, daß einerseits das im Ringkanal jenseits der Expansionskammer vorhandene Luftpolster vor dem Drehflügel ausweichen kann und diesem keinen Widerstand entgegensetzt und andererseits nach Drehen des Drehflügels über die Entlüftungsbohrung hinweg links und rechts des Drehflügels ein Druckausgleich stattfindet, dem Drehkolben damit keine Antriebsenergie mehr zugeführt wird und dieser nur noch aufgrund seiner Massenträgheit über die Schwenkklappe hinaus weiterläuft. Der Antriebsvorgang des Drehkolbens wird also gezielt abgebrochen, so daß auch eine übermäßig hohe Gurtanzugskraft infolge zu hoher Treibladung vermieden wird.

Die pyrotechnische Treibladung ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung in einem Rohrstutzen untergebracht, der tangential zum Motorgehäuse, und zwar in Drehrichtung des Drehkolbens gesehen, in der zwischen Schwenkklappe und Drehflügel eingeschlossenen Expansionskammer mündet. Die Mündung liegt dabei nahe dem gehäusefesten Anschlag der Schwenkklappe, so daß letztere bei ihrem Aufstoßen durch den Drehflügel in den Rohrstutzen hinein ausweichen kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Mitnehmerkupplung zwischen Drehkolben und Aufrollautomaten in einfacher Weise dadurch realisiert, daß die Aufrollspule des Aufrollautomaten mit einem Wellenstummel in die hohlzylindrisch ausgebildete Drehkolbenwelle hineinragt und zwischen diesen eine Rollenkupplung angeordnet ist, wobei die Rollen in asymmetrischen Einwölbungen oder Einbuchtungen in der Innenwand der Drehkolbenwelle einliegen und sich auf dem Außenmantel des Wellenstummels abrollen. Wird die Drehkolbenwelle angetrieben, so klemmen sich die Rollen zwischen Drehkolbenwelle und Wellenstummel fest, wird hingegen der Wellenstummel angetrieben, so rollen sich die Rollen auf dem Wellenstummel und in den Einwölbungen ab. Zwischen Aufwickelspule und Drehkolben besteht Freilauf.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Aufwickelvorrichtung für einen Sicherheitsgurt, teilweise geschnitten,

Fig. 2 und 3 jeweils einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 mit unterschiedlichen Drehstellungen des Drehkolbens im Rückstrammer.

Die in Fig. 1 in Seitenansicht und teilweise geschnitten zu sehende Aufwickelvorrichtung für einen Sicherheitsgurt in einem Fahrzeug weist vier in einem Gehäuse 10 zusammengefaßte Funktionsbereiche auf. Im linken Gehäuseabschnitt 101 ist die Sperrsensorik und -mechanik untergebracht, der mittlere Gehäuseabschnitt 102 beherbergt die Aufrollspule 11 des Gurtauf­ rollautomaten zum Auf- und Abwickeln eines hier nicht dargestellten Gurtbandes des Sicherheitsgurtes, in dem sich daran anschließenden Gehäuseabschnitt 103 ist ein Rückstrammer 12 zum Antrieb der Aufrollspule 11 in Aufwickelrichtung im Crashfall integriert und schließlich sitzt im äußeren Gehäuseabschnitt 104 die als Zweifederkomfortsystem ausgebildete Aufrollfedereinheit, die bei Ablegen des Sicherheitsgurtes die Aufrollspule 11 zum Aufwickeln des Gurtbandes antreibt. Der Rückstrammer 12 weist einen Drehkolbenmotor 13 auf, der von einem pyrotechnischen Treibsatz 14 nach dessen Zünden im Crashfall kurzzeitig angetrieben wird, dadurch die Aufrollspule 11 des Gurtrollautomaten in Gurtaufwickelrichtung antreibt und die im Sicherheitsgurt herrschende Lose schlagartig beseitigt, so daß im Crashfall das Vorschwenken des Oberkörpers des Fahrzeuginsassen auf ein Minimum reduziert wird.

Im einzelnen weist der Drehkolbenmotor 13 ein zylinder- oder ringförmiges Motorgehäuse 15 und eine im zylinderförmigen Motorgehäuse 15 drehbar gehaltene Drehkolbenwelle 16 auf. Die Drehkolbenwelle 16 ist koaxial zur Aufrollspule 11 des Gurtaufrollautomaten angeordnet und über eine Mitnehmerkupplung 17 so mit der Aufrollspule 11 gekuppelt, daß bei Antrieb der Drehkolbenwelle 16 die Aufrollspule 11 drehfest mitgenommen wird und bei Antrieb der Aufrollspule 11, z. B. durch die Aufrollfedereinheit oder in umgekehrte Richtung durch das von der Aufrollspule abgezogene Gurtband, die Aufrollspule 11 bei feststehender Drehkolbenwelle 16 frei läuft. Hierzu trägt die Aufrollspule 11 stirnseitig einen Wellenstummel 18, der koaxial in die hohlzylindrisch ausgebildete Drehkolbenwelle 16 hineinragt. An dem Wellenstummel 18 greift im übrigen auch die Aufrollfedereinheit an, die durch eine stirnseitig in den Wellenstummel 18 eingeschraubte Befestigungsschraube 19 starr mit der Aufrollspule 11 verbunden ist. Zwischen der Drehkolbenwelle 16 und dem Wellenstummel 18 der Aufrollspule 11 ist die als Rollenkupplung ausgebildete Mitnehmerkupplung 17 angeordnet. Wie besser aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, weist die Rollenkupplung 17 drei um gleiche Drehwinkel versetzte Rollenkörper 20 auf, die sich auf dem Außenumfang des Wellenstummels 18 abstützen und in Einbuchtungen oder Einwölbungen 21 an der Innenfläche der hohlzylindrischen Drehkolbenwelle 16 einliegen. Die Einwölbungen 21 sind asymmetrisch ausgebildet, d. h. ihre Einwölbtiefe vergrößert sich in Drehrichtung der Drehkolbenwelle 16. Wird die Drehkolbenwelle 16 in Pfeilrichtung 22 in Fig. 2 angetrieben, so gelangen die Rollenkörper 20 in den flacheren Teil der Einwölbungen 21 und verklemmen zwischen dem Wellenstummel 18 und der Drehkolbenwelle 16. Als Folge dessen ist über den Wellenstummel 18 die Aufrollspule 11 drehfest mit der Drehkolbenwelle 16 verbunden und läuft mit dieser um. Wird hingegen der Wellenstummel 18 angetrieben, so drehen die Rollenkörper 20 in den tieferen Teil der Einwölbungen 21 hinein und rollen sich sowohl in den Einwölbungen 21 als auch auf dem Wellenstummel 18 frei ab. Die Drehung des Wellenstummels 18 wird nicht auf die Drehkolbenwelle 16 übertragen, und es besteht Freilauf zwischen Aufrollspule 11 und Drehkolbenwelle 16.

Die Drehkolbenwelle 16 trägt einen radial wegstrebenden Drehflügel 23, der bis hin zur Innenwand des zylinder- oder ringförmigen Motorgehäuses 15 reicht und an diesem nahezu spaltlos entlangdrehen kann. Der Drehflügel 23 ist schaufelartig mit einer konkaven Schaufelwölbung ausgebildet, die zusammen mit einer Schwenkklappe 24 Bereiche einer Expansionskammer 25 begrenzt, die zwischen der Außenfläche der Drehkolbenwelle 16 und der Innenfläche des Motorgehäuses 15 eingeschlossen ist. Die Schwenkklappe 24 ist an ihrem einen Ende um eine parallel zur Drehkolbenwelle 16 sich erstreckende Schwenkachse 26 am Motorgehäuse 15 schwenkbar gehalten und liegt an einem im Motorgehäuse 15 ausgebildeten Anschlag 27 an, wobei sie - ebenso wie der Drehflügel 23 - den gesamten Querschnitt des zwischen Motorgehäuse 15 und Drehkolbenwelle 16 ausgebildeten Ringkanals 28 abdeckt. In der Expansionskammer 25 mündet ein Rohrstutzen 29, dessen Achse etwa tangential zur Drehkolbenwelle 16 verläuft, und zwar in Drehrichtung der Drehkolbenwelle 16 gesehen. In dem Rohrstutzen 29 ist der Treibsatz 14 angeordnet. Die Rohrstutzenmündung 30 liegt dabei nahe der Schwenkachse 26 der Schwenkklappe 24 im Motorgehäuse 15, und die Schwenkachse 26 ist so angeordnet, daß die Schwenkklappe 24 in die Rohrstutzenmündung 30 hineinschwenken kann. Die Schwenkklappe 24 und der Rohrstutzenquerschnitt sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß die Schwenkklappe 24 nach einer Verschwenkung entgegen Uhrzeigersinn in Fig. 2 in die Rohrstutzenmündung 30 hinein den Querschnitt des Rohrstutzens 29 nahezu vollständig abschließt. Die Schwenkklappe 24 schwenkt dabei soweit in die Rohrstutzenmündung 30 ein, daß der Drehflügel 23 an der Schwenkklappe 24 vorbeidrehen kann (Fig. 3). In dieser Schwenkstellung legt sich die Schwenkklappe 24 wiederum gegen einen gehäusefesten Anschlag 31 an.

In Drehrichtung der Drehkolbenwelle 16 gesehen vor dem gehäusefesten ersten Anschlag 27 der Schwenkklappe 24 ist in das Motorgehäuse 15 eine radiale Entlüftungsbohrung 32 eingebracht, die in den Ringkanal 28 mündet und den Ringkanalabschnitt jenseits der Expansionskammer 25 zwischen Drehflügel 23 und Schwenkklappe 24 mit Atmosphäre verbindet.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Rückstrammers 12 ist wie folgt:
Im Crashfall wird in bekannter Weise der Treibsatz 14 gezündet. Die Treibgase treten mit hoher Geschwindigkeit in die Expansionskammer 25 ein und dehnen sich hier schlagartig aus. Die Schwenkklappe 24 wird durch den Gasdruck an den gehäusefesten Anschlag 27 angepreßt und dichtet die Expansionskammer 25 ab. Die gesamte Energie der Treibgase wird somit auf den Drehflügel 23 übertragen (Fig. 1). Dadurch wird die Drehkolbenwelle 16 in Pfeilrichtung 22 angetrieben, und über die Mitnehmerkupplung 17 der Wellenstummel 18 mitgenommen. Die Aufrollspule 11 wird in Aufwickelrichtung angetrieben und diese wickelt das Gurtband soweit auf, bis die Gurtlose im Sicherheitsgurt beseitigt ist und das Gurtband straff an dem Oberkörper des Fahrzeuginsassen anliegt. Da der Ringkanal 28 jenseits der Expansionskammer 25 über die Entlüftungsbohrung 32 entlüftet ist, bietet die im Ringkanal 28 vorhandene Luft dem Drehflügel 23 keinen Widerstand bei dessen Drehbewegung. Dreht der Drehflügel 23 in Pfeilrichtung 22 über die Entlüftungsbohrung 32 hinweg, so entsteht links und rechts des Drehflügels 23 Druckausgleich. Da die Drehkolbenwelle 16 mit Drehflügel 23 sowie die Aufrollspule 11 bereits sehr stark beschleunigt wurden, besitzen diese Massen infolge ihrer Trägheit eine sehr hohe Bewegungsenergie und treiben den Straffvorgang weiter. Hat der Drehflügel 23 dann annährend eine ganze Umdrehung durchgeführt, stößt er gegen die Schwenkklappe 24 und verdrängt diese aus seinem Rotationsweg in die Rohrstutzenmündung 30 hinein, so daß der Weiterbewegung der Drehkolbenwelle 16 mit Drehflügel 23 nichts mehr entgegensteht (Fig. 2). Damit wird über die Aufrollspule 11 das Straffen des Gurtbandes fortgesetzt, bis die Aufwickelenergie größer wird als die kinetische Energie der bewegten Massen. Dann ist der Rückstrammvorgang beendet, und die Sperrsensorik blockiert das straff aufgewickelte Gurtband des Sicherheitsgurtes.

Claims (8)

1. Aufwickelvorrichtung für einen Sicherheitsgurt in Fahrzeugen mit einem Gurtaufrollautomaten, der eine das Gurtband aufnehmende Aufrollspule und eine diese in Gurtbandaufwickelrichtung antreibende Aufrollfeder aufweist, und mit einem Rückstrammer, der mit einem durch einen pyrotechnischen Treibsatz antreibbaren Drehkolbenmotor versehen ist, dessen koaxial in einem Motorgehäuse drehbar gehaltene Drehkolbenwelle einen eine Expansionskammer begrenzenden Drehflügel trägt und über eine Mitnehmerkupplung mit der Aufrollspule des Gurtaufrollautomaten zu deren Mitnahme in Gurtbandaufwickelrichtung kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionskammer (25) in Drehkolbendrehrichtung (22) von dem Drehflügel (23) und entgegen Drehkolbendrehrichtung (22) von einer Schwenkklappe (24) begrenzt ist, die sich entgegen der Drehkolbendrehrichtung (22) an einem motorgehäusefesten Anschlag (27) abstützt und durch den Drehflügel (23) aus dessen Drehweg ausschwenkbar ist, und daß die Drehkolbenwelle (16) koaxial zur Aufrollspule (11) des Gurtaufrollautomaten und die Mitnehmerkupplung (17) unmittelbar zwischen Drehkolbenwelle (16) und Aufrollspule (11) angeordnet ist,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehflügel (23) in einem zwischen dem zylinderförmigen Motorgehäuse (15) und der Drehkolbenwelle (16) eingeschlossenen Ringkanal (28), dessen Kanalquerschnitt nahezu vollständig überdeckend, umläuft und daß in Drehkolbendrehrichtung (22) gesehen vor dem motorgehäusefesten Anschlag (27) für die Schwenkklappe (24) in das Motorgehäuse (15) eine in dem Ringkanal (28) mündende Entlüftungsbohrung (32) eingebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Motorgehäuse (15) ein den pyrotechnischen Treibsatz (14) aufnehmender Rohrstutzen (29), vorzugsweise einstückig mit diesem, angesetzt ist, der in die Expansionskammer (25) in Drehrichtung (22) der Drehkolbenwelle (16) etwa tangential mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzenmündung (30) nahe dem motorgehäusefesten Anschlag (37) für die Schwenkklappe (24) liegt und die Schwenkachse (26) der Schwenkklappe (24) so angeordnet ist, daß die Schwenkklappe (24) in die Rohrstutzenmündung (30) einzuschwenken vermag.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkklappe (24) und der Rohrstutzenquerschnitt so aufeinander abgestimmt sind, daß die Schwenkklappe (24) nach Verdrängung durch den Drehflügel (23) den Rohrstutzen (29) nahezu vollständig abschließt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehflügel (23) als Schaufel mit zur Expansionskammer (25) weisender konkaver Schaufelwölbung ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolbenwelle (16) hohlzylindrisch ausgebildet ist und einen mit der Aufrollspule (11) des Gurtaufrollautomaten koaxialen, vorzugsweise mit dieser einstückigen Wellenstummel (18) umgibt und daß die Mitnehmerkupplung (17) als eine zwischen dem Wellenstummel (18) und der hohlzylindrischen Drehkolbenwelle (16) angeordnete Rollenkupplung ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenkupplung (17) in der Innenwand der hohlzylindrischen Drehkolbenwelle (16) eingebrachte asymmetrische Einwölbungen (21), die in Umfangsrichtung äquidistant angeordnet sind und jeweils in Drehkolbendrehrichtung (22) in der Tiefe zunehmend ausgebildet sind, und in den Einwölbungen (21) einliegende Rollenkörper (20) aufweist, die sich auf dem Außenmantel des Wellenstummels (18) derart abrollen, daß beim Antrieb der Aufrollspule (11) des Gurtaufrollautomaten ein Freilauf zwischen Drehkolbenwelle (16) und Wellenstummel (18) besteht und bei Antrieb der Drehkolbenwelle (16) der Wellenstummel (18) in Drehkolbendrehrichtung (22) mitgenommen wird.