DE102004045864A1

DE102004045864A1 - Gurtstraffer für ein Fahrzeug-Sicherheitsgurt-System

Info

Publication number: DE102004045864A1
Application number: DE200410045864
Authority: DE
Inventors: Edgar Prottengeier
Original assignee: Suspa Holding GmbH
Current assignee: Suspa Holding GmbH
Priority date: 2004-09-20
Filing date: 2004-09-20
Publication date: 2006-03-23

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 gemäß 1 in einer Ausgangsposition,
3 einen Gurtstraffer gemäß 2 mit einer Kolben-Zylinder-Einheit in einer Ausschubposition,
4 einen Gurtstraffer gemäß 2 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 entsprechend 2,
7 eine Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechend 3 und
8 eine Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechend 4.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine in 1 dargestellte Kolben-Zylinder-Einheit 1 weist ein zylindrisches, eine Mittel-Längs-Achse 2 aufweisendes Gehäuse 3 mit einem in 1 linken Ende 4 und einem gegenüberliegenden Ende 5 auf. Das Gehäuse 3 umschließt einen Arbeitsraum 6, der mit einem kompressiblen Dämpfungs-Medium 7 gefüllt ist. In dem Gehäuse 3 ist ein Kolben 8 verschiebbar geführt. Der Kolben 8 ist an einer, dem Ende 4 zugewandten Seite mit einer ersten Kolbenstange 9 verbunden, die koaxial zur Mittel-Längs-Achse 2 angeordnet ist. Die Kolbenstange 9 ist aus dem Ende 4 des Gehäuses 3 durch eine im Gehäuse 3 festgelegte Führungs-/Dichtungs-Einheit 10 nach außen geführt. Die erste Kolbenstange 9 weist einen kreisförmigen Querschnitt mit einer Querschnittsfläche Q₁ auf. Auf der anderen, dem Ende 5 zugewandten Seite des Kolbens 9 ist eine koaxial zur Mittel-Längs-Achse 2 angeordnete zweite Kolbenstange 11 befestigt, die durch eine im Bereich des Endes 5 festgelegte, im Gehäuse 3 angeordnete zweite Führungs-/Dichtungs-Einheit 12 aus dem Gehäuse 3 nach außen geführt ist. Die zweite Kolbenstange 11 weist einen kreisförmigen Querschnitt mit einer Querschnittsfläche Q₂ auf, wobei Q₁ ≠ Q₂, insbesondere Q₂ > Q₁.
Der Kolben 8 teilt den Arbeitsraum 6 in einen dem Ende 4 zugewandten ersten Teil-Arbeitsraum 13 sowie einen dem Ende 5 zugewandten zweiten Teil-Arbeitsraum 14, die über einen Kanal 15 miteinander verbunden sind. Der Kanal 15 wird durch einen Ringspalt zwischen dem radialen Rand des Kolbens 8 und der Innenwand 16 des Gehäuses 3 gebildet. Es ist auch möglich, anstelle des Ringspalts andere Kanäle 15 im Kolben 8, z. B. Boh rungen, vorzusehen. Insbesondere ist es möglich, die Kanäle mit einer Durchströmungs-Richtungscharakteristik zu versehen, so dass die Verschiebbarkeit des Kolbens 8 entlang der Mittel-Längs-Achse 2 aufgrund des verschiedenen Strömungswiderstandes in die eine oder andere Richtung verschieden ist.
An der Außenseite des Gehäuses 3 sind zwei Befestigungs-Laschen 17 mit entsprechenden Bohrungen 18 zur Befestigung der Kolben-Zylinder-Einheit 1 vorgesehen. Am Ende 5 des Gehäuses 3 ist auf dessen Außenseite einen Kolbenstangen-Arretierungs-Einrichtung 19 befestigt. Diese besteht aus einem Gehäuseabschnitt 20, mit einer zur Mittel-Längs-Achse 2 konzentrischen, dem Querschnitt der Kolbenstange 11 entsprechenden Bohrung 21. In dem Gehäuseabschnitt 20 sind zwei senkrecht zur Mittel-Längs-Achse 2 verlaufende Aufnahme-Bohrungen 22 vorgesehen, in denen Arretierzapfen 23 drehbar gelagert sind. Die Aufnahme-Bohrungen 22 durchdringen im Randbereich, d. h. oberhalb und unterhalb die Bohrung 21. In diesem Bereich weisen die Arretierzapfen 23 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 Kolbens 8 in dem Gehäuse 3 wird – was nachfolgend noch näher erläutert wird – auf das Dämpfungs-Medium 7 eine Scherkraft ausgeübt und das Dämpfungs-Medium 7 wird durch den Kanal 15 gepresst und eine Konvektion erzeugt. Hierbei wird es zu einem Pulver. Das betriebene Dämpfungs-Medium 7 ermöglicht eine einfache Abdichtung des Arbeitsraumes 6 und weist bereits bei einem geringen Innendruck im Arbeitsraum 6 ein gutes Dämpfungsverhalten auf. Das Medium 7 kann auch gelartig sein.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Kolben-Zylinder-Einheit 1 beschrieben. In 1 ist der Kolben in der Ausgangsposition dargestellt. Das Dämpfungs-Medium 7 befindet sich unter hohem Druck. Die Kolbenstange 11 ist gegen ein Ausschieben entlang einer parallel zur Mittel-Längs-Achse 2 verlaufenden Ausschub-Richtung 24 durch die Kolbenstangen-Arretierungs-Einrichtung 19 gesichert. Der Druck im Dämpfungs-Medium 7 kann bereits durch geeignete Maßnahmen bei der Herstellung der Kolben-Zylinder-Einheit 1 erzeugt werden. Wird die Einrichtung 19 ausgelöst, so werden die beiden Arretierzapfen 23 jeweils um 180° um ihre Längsachse verdreht, so dass die Kolbenstange 11 freigegeben wird. Durch den Druck im Dämpfungs-Medium 7 wird die Kolbenstange 11 zusammen mit dem Kolben 8 und der Kolbenstange 9 entlang der Ausschub-Richtung 24 schlagartig verschoben. Die Querschnittsfläche Q₂ des Kolbens 11 ist größer als die Querschnittsfläche Q₁ des Kolbens 9. Durch das Ausschieben der Kolbenstange 11 und Einschieben der Kolbenstange 9 kann sich somit der Druck im Arbeitsraum 6 abbauen, wodurch die Verschiebung des Kolbens 8 entlang der Ausschub-Richtung 24 erfolgt. Beim Ausschub strömt das Dämpfungs-Medium 7 durch den Kanal 15 vom zweiten Teil-Arbeitsraum 14 in den ersten Teil-Arbeitsraum 13. Durch eine geeignet Wahl des Querschnitts und der Form des Kanals 15, des Drucks des Dämpfungs-Mediums 7 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 in 1 dargestellte Ausgangsposition dadurch zu erreichen, dass die Kolben-Zylinder-Einheit 1 mit dem in Richtung 24 ausgeschobenen Kolben hergestellt wird und anschließend durch Verschieben entgegen der Richtung 24 und Arretieren durch die Einrichtung 19 vorgespannt wird.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 der Aufbau und die Funktionsweise eines die Kolben-Zylinder-Einheit 1 enthaltenden Gurtstraffers 25 beschrieben. Der Gurtstraffer 25 ist in 2 in der Ruheposition gezeigt. Er weist einen sich entlang der Richtung 24 erstreckenden Träger 26 auf, in dessen einem Ende die Kolben-Zylinder-Einheit 1 über die Laschen 17 befestigt ist. An dem anderen Ende des Trägers ist eine Umlenk-Einrichtung 27 befestigt. Diese weist eine drehbar gelagerte Umlenkrolle 28 auf, um die ein Zugseil 29 eines Seilzuges umgelenkt ist. Das Zugseil 29 ist aus der Einrichtung 27 horizontal herausgeführt und mit dem freien äußeren Ende der Kolbenstange 9 verbunden. Das andere Ende des Zugseiles 29 ist schräg nach oben durch eine Führungshülse 30 aus der Einrichtung 27 herausgeführt und mit einem Gurtschloss 31 eines Sicherheitsgurts verbunden. Die Kolbenstangen-Arretier-Einrichtung 19 ist über eine Verbindungsleitung 32 mit einer Steuereinrichtung 33 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-Einrichtung 33 zur Auslösung der Kolbenstangen-Arretier-Einrichtung 19. Die Arretierzapfen 23 werden schlagartig um 180° verschwenkt, wodurch die Kolbenstange 11, wie oben detailliert beschrieben, entlang der Ausschub-Richtung 24 ausgeschoben wird. Hierdurch wird über das Zugseil 29 das Gurtschloss 31 und damit der Sicherheitsgurt zurückgezogen und damit der Fahrzeuginsasse sitznah gehalten. Die vollständige Ausschubposition ist in 3 dargestellt. Diese wird erreicht, wenn keine oder keine starken Gegenkräfte auf das Gurtschloss 31 wirken, die ein vollständiges Ausschieben der Kolbenstange 11 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 Kolben 8 erzeugt werden, so wird dieser entgegen der Ausschub-Richtung 24 gedämpft verschoben, wie dies in 4 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-Einheit 1 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-Einheit 1 von der in 3 gezeigten Ausschubposition in die in 2 dargestellte Ausgangsposition überführt werden. Es ist somit nicht erforderlich, den Gurtstraffer 25 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-Einheit 1 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 bis 8 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 Kolbenstange 9 von einem zylindrischen Gleitrohr 34 umgeben ist, das auf dem Gehäuse 3 im Wesentlichen spielfrei verschiebbar geführt ist. Die Kolbenstange 9 ist mit dem Gleitrohr 34 fest verbunden. Im Bereich der Laschen 17a weist das Rohr 34 einen Längsschlitz 35 auf. Durch das Gleitrohr 34 wird die Kolbenstange 9 geschützt und besser geführt. Ansonsten wird hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der Funktionsweise auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen.

Claims

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.