DE102004045864A1 - Gurtstraffer für ein Fahrzeug-Sicherheitsgurt-System - Google Patents
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Abstract
Kolben-Zylinder-Einheit (1; 1a) mit einem Gehäuse (3), welches eine Mittel-Längs-Achse (2) aufweist, ein erstes Ende (4) und ein zweites Ende (5) aufweist, und einen mit einem Dämpfungs-Medium (7) gefüllten Arbeitsraum (6) umschließt, einem Kolben (8), welcher in dem Gehäuse (3) verschiebbar geführt ist, und den Arbeitsraum (6) in einen dem ersten Ende (4) zugewandten ersten Teil-Arbeitsraum (13) und einen dem zweiten Ende (5) zugewandten zweiten Teil-Arbeitsraum (14) unterteilt, wobei die beiden Teil-Arbeitsräume (13, 14) über mindestens einen Kanal (15) miteinander verbunden sind, einer ersten Kolbenstange (9), welche mit dem Kolben (8) verbunden ist, und aus dem ersten Ende (4) des Gehäuses (3) verschiebbar nach außen geführt ist, und eine erste Kolbenstangen-Querschnittfläche (Q¶1¶) aufweist, einer zweiten Kolbenstange (11), welche mit dem Kolben (8) verbunden ist, aus dem zweiten Ende (5) des Gehäuses (3) verschiebbar nach außen geführt ist, und eine zweite Kolbenstangen-Querschnittfläche (Q¶2¶) aufweist, die von der ersten Kolbenstangen-Querschnittfläche (Q¶1¶) verschieden ist, und einer gesteuert betätigbaren Kolbenstangen-Arretierungs-Einrichtung (19) zur Festlegung mindestens einer Kolbenstange (9, 11) in einer vorbestimmten Ausgangsposition.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Einheit sowie einen Gurtstraffer in einem Fahrzeug-Sicherheitsgurt-System.
- Gurtstraffer werden in Fahrzeug-Sicherheitsgurt-Systemen verwendet, um schnell einen Abschnitt eines Sicherheitsgurtes beim Einsetzen eines Stoßimpulses zu spannen, um dadurch den Insassen durch Verringerung einer Vorwärtsbewegung sicherer zurückzuhalten. Die Betätigung der Gurtstraffer erfolgt überwiegend durch pyrotechnische Systeme, die bei einem Aufprall zur Explosion gebracht werden. Nachteilig hieran ist, dass derartige Systeme inhärent irreversibel arbeiten. Darüber hinaus gestatten derartige Systeme keine Gurtkraftbegrenzung, wenn der Insasse bei dem Aufprall in den Gurt geschleudert wird.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für den Insassen sichereren und einfacher herzustellenden Gurtstraffer zu schaffen.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 7 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, eine Kolben-Zylinder-Einheit mit zwei Kolbenstangen verschiedenen Querschnitts und einem kompressiblen Dämpfungs-Medium vorzusehen. Die Kolben-Zylinder-Einheit befindet sich in einer vorgespannten Ausgangsposition. Wird sie ausgelöst, so schießt der Kolben in eine Ausschub-Richtung und zieht den Sicherheitsgurt zurück. Kommt es zu einem starken Zug auf den Sicherheitsgurt durch einen Aufprall des Insassen auf diesen, so wird der Kolben entgegen der Ausschub-Richtung gedämpft verschoben, wodurch eine Begrenzung der auf den Gurt wirkenden Kraft erzielt wird.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigen
-
1 einen Längsschnitt einer Kolben-Zylinder-Einheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
2 einen Gurtstraffer mit einer Kolben-Zylinder-Einheit gemäß1 in einer Ausgangsposition, -
3 einen Gurtstraffer gemäß2 mit einer Kolben-Zylinder-Einheit in einer Ausschubposition, -
4 einen Gurtstraffer gemäß2 mit einer Kolben-Zylinder-Einheit in einer Dämpfungsposition, -
5 einen Längsschnitt einer Kolben-Zylinder-Einheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, -
6 eine Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechend2 , -
7 eine Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechend3 und -
8 eine Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechend4 . - Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
1 bis4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine in1 dargestellte Kolben-Zylinder-Einheit1 weist ein zylindrisches, eine Mittel-Längs-Achse2 aufweisendes Gehäuse3 mit einem in1 linken Ende4 und einem gegenüberliegenden Ende5 auf. Das Gehäuse3 umschließt einen Arbeitsraum6 , der mit einem kompressiblen Dämpfungs-Medium7 gefüllt ist. In dem Gehäuse3 ist ein Kolben8 verschiebbar geführt. Der Kolben8 ist an einer, dem Ende4 zugewandten Seite mit einer ersten Kolbenstange9 verbunden, die koaxial zur Mittel-Längs-Achse2 angeordnet ist. Die Kolbenstange9 ist aus dem Ende4 des Gehäuses3 durch eine im Gehäuse3 festgelegte Führungs-/Dichtungs-Einheit10 nach außen geführt. Die erste Kolbenstange9 weist einen kreisförmigen Querschnitt mit einer Querschnittsfläche Q1 auf. Auf der anderen, dem Ende5 zugewandten Seite des Kolbens9 ist eine koaxial zur Mittel-Längs-Achse2 angeordnete zweite Kolbenstange11 befestigt, die durch eine im Bereich des Endes5 festgelegte, im Gehäuse3 angeordnete zweite Führungs-/Dichtungs-Einheit12 aus dem Gehäuse3 nach außen geführt ist. Die zweite Kolbenstange11 weist einen kreisförmigen Querschnitt mit einer Querschnittsfläche Q2 auf, wobei Q1 ≠ Q2, insbesondere Q2 > Q1. - Der Kolben
8 teilt den Arbeitsraum6 in einen dem Ende4 zugewandten ersten Teil-Arbeitsraum13 sowie einen dem Ende5 zugewandten zweiten Teil-Arbeitsraum14 , die über einen Kanal15 miteinander verbunden sind. Der Kanal15 wird durch einen Ringspalt zwischen dem radialen Rand des Kolbens8 und der Innenwand16 des Gehäuses3 gebildet. Es ist auch möglich, anstelle des Ringspalts andere Kanäle15 im Kolben8 , z. B. Boh rungen, vorzusehen. Insbesondere ist es möglich, die Kanäle mit einer Durchströmungs-Richtungscharakteristik zu versehen, so dass die Verschiebbarkeit des Kolbens8 entlang der Mittel-Längs-Achse2 aufgrund des verschiedenen Strömungswiderstandes in die eine oder andere Richtung verschieden ist. - An der Außenseite des Gehäuses
3 sind zwei Befestigungs-Laschen17 mit entsprechenden Bohrungen18 zur Befestigung der Kolben-Zylinder-Einheit1 vorgesehen. Am Ende5 des Gehäuses3 ist auf dessen Außenseite einen Kolbenstangen-Arretierungs-Einrichtung19 befestigt. Diese besteht aus einem Gehäuseabschnitt20 , mit einer zur Mittel-Längs-Achse2 konzentrischen, dem Querschnitt der Kolbenstange11 entsprechenden Bohrung21 . In dem Gehäuseabschnitt20 sind zwei senkrecht zur Mittel-Längs-Achse2 verlaufende Aufnahme-Bohrungen22 vorgesehen, in denen Arretierzapfen23 drehbar gelagert sind. Die Aufnahme-Bohrungen22 durchdringen im Randbereich, d. h. oberhalb und unterhalb die Bohrung21 . In diesem Bereich weisen die Arretierzapfen23 im Querschnitt die Form eines Halbzylinders auf. Sie bilden eine sogenannte Walzenverriegelung. Die Arretierzapfen sind durch eine nicht dargestellte Betätigungs-Einrichtung, z. B. einen Motor, in ihrer Längsachse verschwenkbar. - Als Dämpfungs-Medium
7 hat sich ein Zwei-Komponenten-Silikonkautschuk-System bewährt, dessen zwei dünnflüssige Komponenten bei der Montage in einem Verhältnis von 1 : 1 gemischt werden und bei Raumtemperatur einen kompressiblen Feststoff bilden. Der Feststoff ist transparent, formbeständig und besitzt eine hohe Bruchdehnung. Während einer Verschiebung des Kolbens8 in dem Gehäuse3 wird – was nachfolgend noch näher erläutert wird – auf das Dämpfungs-Medium7 eine Scherkraft ausgeübt und das Dämpfungs-Medium7 wird durch den Kanal15 gepresst und eine Konvektion erzeugt. Hierbei wird es zu einem Pulver. Das betriebene Dämpfungs-Medium7 ermöglicht eine einfache Abdichtung des Arbeitsraumes6 und weist bereits bei einem geringen Innendruck im Arbeitsraum6 ein gutes Dämpfungsverhalten auf. Das Medium7 kann auch gelartig sein. - Im Folgenden wird die Funktionsweise der Kolben-Zylinder-Einheit
1 beschrieben. In1 ist der Kolben in der Ausgangsposition dargestellt. Das Dämpfungs-Medium7 befindet sich unter hohem Druck. Die Kolbenstange11 ist gegen ein Ausschieben entlang einer parallel zur Mittel-Längs-Achse2 verlaufenden Ausschub-Richtung24 durch die Kolbenstangen-Arretierungs-Einrichtung19 gesichert. Der Druck im Dämpfungs-Medium7 kann bereits durch geeignete Maßnahmen bei der Herstellung der Kolben-Zylinder-Einheit1 erzeugt werden. Wird die Einrichtung19 ausgelöst, so werden die beiden Arretierzapfen23 jeweils um 180° um ihre Längsachse verdreht, so dass die Kolbenstange11 freigegeben wird. Durch den Druck im Dämpfungs-Medium7 wird die Kolbenstange11 zusammen mit dem Kolben8 und der Kolbenstange9 entlang der Ausschub-Richtung24 schlagartig verschoben. Die Querschnittsfläche Q2 des Kolbens11 ist größer als die Querschnittsfläche Q1 des Kolbens9 . Durch das Ausschieben der Kolbenstange11 und Einschieben der Kolbenstange9 kann sich somit der Druck im Arbeitsraum6 abbauen, wodurch die Verschiebung des Kolbens8 entlang der Ausschub-Richtung24 erfolgt. Beim Ausschub strömt das Dämpfungs-Medium7 durch den Kanal15 vom zweiten Teil-Arbeitsraum14 in den ersten Teil-Arbeitsraum13 . Durch eine geeignet Wahl des Querschnitts und der Form des Kanals15 , des Drucks des Dämpfungs-Mediums7 in der Ausgangsposition sowie des Verhältnisses der Querschnittsflächen Q2 zu Q1 kann die Ausschubgeschwindigkeit und die hierdurch erzeugte Kraft-Ort-Kennlinie eingestellt werden. Durch ge eignete Abstimmung dieser Parameter können beispielsweise Ausschubzeiten von 20 bis 40 Millisekunden und Ausschubwege bis zu 150 Millimetern und darüber hinaus erreicht werden. Es ist möglich, die in1 dargestellte Ausgangsposition dadurch zu erreichen, dass die Kolben-Zylinder-Einheit1 mit dem in Richtung24 ausgeschobenen Kolben hergestellt wird und anschließend durch Verschieben entgegen der Richtung24 und Arretieren durch die Einrichtung19 vorgespannt wird. - Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
2 bis4 der Aufbau und die Funktionsweise eines die Kolben-Zylinder-Einheit1 enthaltenden Gurtstraffers25 beschrieben. Der Gurtstraffer25 ist in2 in der Ruheposition gezeigt. Er weist einen sich entlang der Richtung24 erstreckenden Träger26 auf, in dessen einem Ende die Kolben-Zylinder-Einheit1 über die Laschen17 befestigt ist. An dem anderen Ende des Trägers ist eine Umlenk-Einrichtung27 befestigt. Diese weist eine drehbar gelagerte Umlenkrolle28 auf, um die ein Zugseil29 eines Seilzuges umgelenkt ist. Das Zugseil29 ist aus der Einrichtung27 horizontal herausgeführt und mit dem freien äußeren Ende der Kolbenstange9 verbunden. Das andere Ende des Zugseiles29 ist schräg nach oben durch eine Führungshülse30 aus der Einrichtung27 herausgeführt und mit einem Gurtschloss31 eines Sicherheitsgurts verbunden. Die Kolbenstangen-Arretier-Einrichtung19 ist über eine Verbindungsleitung32 mit einer Steuereinrichtung33 verbunden. - Im Folgenden wird die Funktionsweise des Gurtstraffers
25 beschrieben. Kommt es mit einem Kraftfahrzeug zu einem Aufprall, so wird dieser in der Regel von der Sensorik des Airbags erfasst. Diese gibt ein Steuersignal auf die Steuer-Einrichtung33 zur Auslösung der Kolbenstangen-Arretier-Einrichtung19 . Die Arretierzapfen23 werden schlagartig um 180° verschwenkt, wodurch die Kolbenstange11 , wie oben detailliert beschrieben, entlang der Ausschub-Richtung24 ausgeschoben wird. Hierdurch wird über das Zugseil29 das Gurtschloss31 und damit der Sicherheitsgurt zurückgezogen und damit der Fahrzeuginsasse sitznah gehalten. Die vollständige Ausschubposition ist in3 dargestellt. Diese wird erreicht, wenn keine oder keine starken Gegenkräfte auf das Gurtschloss31 wirken, die ein vollständiges Ausschieben der Kolbenstange11 verhindern würden. Der Sicherheitsgurt wird somit gestrafft. Kommt es nach dem Straffen des Gurtes oder schon während des Straffungsvorganges zu einem starken Aufprall des Insassen auf den Gurt, wodurch Gegenkräfte auf den Kolben8 erzeugt werden, so wird dieser entgegen der Ausschub-Richtung24 gedämpft verschoben, wie dies in4 dargestellt ist. Auf diese Weise kann die im Gurt wirkende Kraft und damit die Härte des Aufpralls des Insassen auf den Gurt reduziert werden. Die im Gurt wirkende Kraft wird somit begrenzt. Vorteilhaft an der Kolben-Zylinder-Einheit1 ist, dass das Straffen des Gurtes und die Begrenzung der im Gurt wirkenden Kraft durch ein einziges einfaches Bauteil realisiert werden können. Darüber hinaus kann nach einem Aufprall die Kolben-Zylinder-Einheit1 von der in3 gezeigten Ausschubposition in die in2 dargestellte Ausgangsposition überführt werden. Es ist somit nicht erforderlich, den Gurtstraffer25 nach einem Aufprall zu wechseln. Die erfindungsgemäße Ausführungsform erweist sich bei einem zweiten Aufprall, einem sogenannten „Second Impact" als besonders vorteilhaft. Wird der Insasse in den Gurt geschleudert, so wird die Kolben-Zylinder-Einheit1 erneut gespannt, was vor allem bei pyrotechnischen Gurtstraffern nicht der Fall ist. Kommt es nun zu einem zweiten Aufprall, so wird der Insasse vorher durch den erfindungsgemäßen Gurtstraffer erneut in den Sitz gedrückt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Gurtkraftbegrenzung aufgrund des verwendeten Silikons als Dämpfungs-Medium im Gegensatz zu mechanischen Kraftbegrenzern abhängig von der Auszugsgeschwindigkeit des Gurtes wirkt. - Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
5 bis8 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Bauteile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a. Der wesentliche Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Kolbenstange9 von einem zylindrischen Gleitrohr34 umgeben ist, das auf dem Gehäuse3 im Wesentlichen spielfrei verschiebbar geführt ist. Die Kolbenstange9 ist mit dem Gleitrohr34 fest verbunden. Im Bereich der Laschen17a weist das Rohr34 einen Längsschlitz35 auf. Durch das Gleitrohr34 wird die Kolbenstange9 geschützt und besser geführt. Ansonsten wird hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der Funktionsweise auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen.
Claims (10)
- Kolben-Zylinder-Einheit (
1 ;1a ) mit a. einem Gehäuse (3 ), welches i. eine Mittel-Längs-Achse (2 ) aufweist, ii. ein erstes Ende (4 ) und ein zweites Ende (5 ) aufweist, und iii. einen mit einem Dämpfungs-Medium (7 ) gefüllten Arbeitsraum (6 ) umschließt, b. einem Kolben (8 ), welcher i. in dem Gehäuse (3 ) verschiebbar geführt ist, und ii. den Arbeitsraum (6 ) in einen dem ersten Ende (4 ) zugewandten ersten Teil-Arbeitsraum (13 ) und einen dem zweiten Ende (5 ) zugewandten zweiten Teil-Arbeitsraum (14 ) unterteilt, wobei die beiden Teil-Arbeitsräume (13 ,14 ) über mindestens einen Kanal (15 ) miteinander verbunden sind, c. einer ersten Kolbenstange (9 ), welche i. mit dem Kolben (8 ) verbunden ist, und ii. aus dem ersten Ende (4 ) des Gehäuses (3 ) verschiebbar nach außen geführt ist, und iii. eine erste Kolbenstangen-Querschnittfläche (Q1) aufweist, d. einer zweiten Kolbenstange (11 ), welche i. mit dem Kolben (8 ) verbunden ist, ii. aus dem zweiten Ende (5 ) des Gehäuses (3 ) verschiebbar nach außen geführt ist, und iii. eine zweite Kolbenstangen-Querschnittfläche (Q2) aufweist, die von der ersten Kolbenstangen-Querschnittfläche (Q1) verschieden ist, und e. einer gesteuert betätigbaren Kolbenstangen-Arretierungs-Einrichtung (19 ) zur Festlegung mindestens einer Kolbenstange (9 ,11 ) in einer vorbestimmten Ausgangsposition. - Kolben-Zylinder-Einheit (
1 ;1a ), dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kolbenstangen-Querschnittsfläche (Q2) größer ist als die erste Kolbenstangen-Querschnittsfläche (Q1). - Kolben-Zylinder-Einheit (
1 ;1a ) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstangen-Arretierungs-Einrichtung (19 ) mit der zweiten Kolbenstange (11 ) zusammenwirkt. - Kolben-Zylinder-Einheit (
1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die beiden Teil-Arbeitsräume (13 ,14 ) miteinander verbindende Kanal(15 ) durch einen Ringspalt zwischen dem Kolben (8 ) und der Innenwand (16 ) des Gehäuses (3 ) gebildet wird. - Kolben-Zylinder-Einheit (
1 ;1a ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstangen-Arretierungs-Einrichtung (19 ) eine Walzenverriegelung aufweist. - Kolben-Zylinder-Einheit (
1a ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kolbenstange (9 ,11 ) von einem mit der mindestens einen Kolbenstange (9 ,11 ) verbundenen, auf dem Gehäuse (3 ) verschiebbar geführten Gleitrohr (34 ) umgeben ist. - Gurtstraffer (
25 ) in einem Fahrzeug-Sicherheitsgurt-System mit a. einer Kolben-Zylinder-Einheit (1 ;1a ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, b. einem Zugseil (29 ), welches i. einerseits mit einem Gurtschloss (31 ) für einen Sicherheitsgurt und ii. andererseits mit einer Kolbenstange (9 ,11 ) der Kolben-Zylinder-Einheit (1 ) verbunden ist, und c. einer mit der Kolbenstangen-Arretierungs-Einrichtung (19 ) der Kolben-Zylinder-Einheit (1 ;1a ) in datenübertragender Weise verbundenen Steuer-Einrichtung (33 ) zur gesteuerten Auslösung der Kolbenstangen-Arretierungs-Einrichtung (19 ). - Gurtstraffer (
25 ) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kolbenstange (9 ) mit dem Zugseil (29 ) verbunden ist. - Gurtstraffer (
25 ) gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Zylinder-Einheit (1 ;1a ) in der Ausgangsposition vorgespannt ist. - Gurtstraffer (
25 ) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Zylinder-Einheit (1 ;1a ) derart vorgespannt ist, dass beim Auslösen derselben durch die Steuer-Einrichtung (33 ) eine Verschiebung des Kolbens (8 ) entlang einer Ausschub-Richtung (24 ) erfolgt.
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DE102004045864A1 true DE102004045864A1 (de) | 2006-03-23 |
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ID=36001673
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DE200410045864 Withdrawn DE102004045864A1 (de) | 2004-09-20 | 2004-09-20 | Gurtstraffer für ein Fahrzeug-Sicherheitsgurt-System |
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- 2004-09-20 DE DE200410045864 patent/DE102004045864A1/de not_active Withdrawn
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