WO1996028322A1 - Pyrotechnisch angetriebene antriebseinheit - Google Patents

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Anton Bretfeld
Harald Frank
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Dynamit Nobel Gmbh Explosivstoff- Und Systemtechnik
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    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/02—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member
    • F15B15/06—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement
    • F15B15/065—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement the motor being of the rack-and-pinion type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R22/00—Safety belts or body harnesses in vehicles
    • B60R22/34—Belt retractors, e.g. reels
    • B60R22/46—Reels with means to tension the belt in an emergency by forced winding up
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    • B60R22/4633—Linear actuators, e.g. comprising a piston moving along reel axis and rotating along its own axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • B60R2022/469—Reels with means to tension the belt in an emergency by forced winding up reusable

Definitions

  • the invention relates to a pyrotechnically driven drive unit according to the preamble of claim 1.
  • the belt tensioner has a pyrotechnically driven piston which is displaceably arranged in a sleeve.
  • a gas set is housed inside the piston.
  • a toothed rack is fastened to the piston and engages with a pinion or a gear wheel of a gear transmission.
  • the gear transmission can be coupled to the belt reel in a drive-locking manner.
  • the idle state of the belt tensioner i.e. If the gas set is not ignited, the end of the rack facing away from the piston meshes with the pinion or the gear of the gear transmission. After the gas set has been ignited, first the piston and thus the rack are moved in the clamping direction and then the rack is pushed back until it is out of engagement with the pinion. This means that the belt retractor can be used again without restrictions.
  • the invention has for its object to improve a pyrotechnically driven drive unit according to the preamble of claim 1 such that the rack is in meshing engagement with the gear in the idle state of the drive unit and after ignition of the gas set in a compact design without complex changes
  • this object is achieved in that, in the idle state of the drive unit, the piston is supported at the end opposite the gear via a pyrotechnic spacer which burns together with the gas set when it is ignited.
  • the rack Due to the pyrotechnic spacer, the rack is always in engagement with the gear when the drive unit is idle. This is extremely important, since otherwise the toothed rack and the gearwheel or the pinion can easily be damaged when the gas set is ignited. By burning off the spacer when the gas set is ignited, the spacer destroys itself. This has the advantage that the rack can be pushed back so far that it is no longer in engagement with the gear or pinion.
  • the pyrotechnic spacer is a spacer ring. This can be easily integrated into the sleeve of the drive unit.
  • the spacer is advantageously ignited by the burning gas set.
  • the pyrotechnic substance of the spacer should be easy to compress, burn easily and largely without residues, be well compatible with the gas set used and cause the least possible pressure generation during combustion so that the performance of the gas set is not influenced.
  • advantageously desensitized NC gas sets are suitable as materials, which burn slowly and are extrudable in cylindrical form and are very dimensionally stable.
  • the rack is integrated into the outer wall of the piston and forms a rack piston and has the Sleeve on an opening through which the pinion or the gear protrudes into the sleeve and is in engagement with the rack.
  • the drive unit according to the invention is advantageously integrated in a belt tensioner for vehicle seat belts.
  • FIG. 1 schematically shows the drive unit of a belt tensioner in the rest position with the pyrotechnic spacer inserted
  • FIG. 2 shows schematically the drive unit of a belt tensioner according to FIG. 1 in the actuation phase
  • FIG. 3 shows schematically the drive unit of a belt tensioner according to FIG. 1 after the actuation phase and with the rack piston and
  • FIG. 4 shows on average a drive unit according to the invention in the resting phase integrated in a belt tensioner for vehicle seat belts.
  • Fig.l shows schematically a pyrotechnic drive unit according to the invention, which is in the rest position.
  • the drive unit consists of a sleeve 6, in which a piston 8 is slidably arranged.
  • a gas set 4 for generating compressed gas.
  • the piston 8 is supported on a pyrotechnic spacer 5, which is designed as a spacer ring.
  • 2 shows the arrangement described above after the gas set 4 has been ignited by the ignition element 3.
  • the rack-and-pinion piston 8 moves away from the spacer 5 due to the pressure increase and drives the gearwheel 2 in the process.
  • the pyrotechnic spacer 5 also burns due to the ignited gas set 4.
  • FIG. 4 shows in section a drive unit according to the invention in the resting phase, integrated in a belt tensioner for vehicle seat belts.
  • a rack-and-pinion piston 8 is slidably arranged in a rack-and-pinion piston 8 in a rack-and-pinion piston 8.
  • An ignition element 3 and a gas set 4 are accommodated in the rack piston 8.
  • the amplifier charge 11 is accommodated with the gas set 4 in a loading container 12 which extends over the entire inner length of the rack piston 8.
  • the loading container 12 extends beyond the end of the rack piston 8 and is bent at a right angle so that it touches the sleeve 6.
  • the rack-and-pinion piston 8 is supported by a pyrotechnic spacer 5, which is designed as a spacer ring. This spacer 5 is ignited by the gas set 4 and burns together with it.
  • a connecting cable 13 is connected to the ignition element 3 and is led out of the rack piston 8 on the front side and leaves the sleeve 6 on the front side. Alternatively, the connecting cable 13 can also be brought out through an opening 9 in the sleeve 6.
  • a gearwheel 2 or a pinion of a gearwheel transmission 14 projects into this opening 9.
  • the vehicle seat belt is wound on the belt reel 7. 4 shows the idle state of the belt tensioner, in which the toothing or the toothed rack 1 of the toothed rack piston 8 is in meshing engagement with the toothed wheel 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine pyrotechnisch angetriebene Antriebseinheit für ein Zahnrad (2), wobei die Antriebseinheit einen über einen Gassatz (4) angetriebenen Kolben (8) aufweist, der in einer Hülse (6) verschiebbar geführt ist, und am Kolben (8) eine Zahnstange (1) angeordnet ist, die im Ruhezustand der Antriebseinheit mit dem anzutreibenden Zahnrad (2) im Kämmeingriff steht und nach erfolgter Zündung des Gassatzes (4) zurückgeschoben wird, bis die Zahnstange (1) außer Eingriff mit dem Zahnrad (2) steht. Zur konstruktiven Verbesserung wird vorgeschlagen, daß im Ruhezustand der Antriebseinheit der Kolben (8) an dem dem Zahnrad (2) entgegengesetzten Ende über einen pyrotechnischen Abstandshalter (5) mit Abstand gegen das geschlossene Ende der Hülse abgestützt ist, der bei der Zündung des Gassatzes (4) gemeinsam mit diesem abbrennt.

Description

Pyrotechnisch angetriebene Antriebseinheit
Die Erfindung betrifft eine pyrotechnisch angetriebene Antriebseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 42 22 993 AI ist ein Gurtaufroller für Fahrzeug- Sicherheitsgurte mit einem an der Gurtspule angreifenden Gurtstraffer bekannt. Der Gurtstraffer weist einen pyrotechnisch angetriebenen Kolben auf, der in einer Hülse verschiebbar angeordnet ist. Ein Gassatz ist dabei im Inneren des Kolbens untergebracht. Am Kolben ist eine Zahnstange befestigt, die mit einem Ritzel bzw. einem Zahnrad eines Zahnradgetriebes im Eingriff steht. Das Zahnradgetriebe ist triebschlüssig mit der Gurtspule kuppelbar. Im Ruhezustand des Gurtstraffers, d.h. wenn der Gassatz nicht gezündet ist, steht das dem Kolben abgewandte Ende der Zahnstange mit dem Ritzel bzw. dem Zahnrad des Zahnradgetriebes im Kämmeingriff. Nach erfolgter Zündung des Gassatzes wird erst der Kolben und damit die Zahnstange in Spannrichtung verschoben und anschließend wird die Zahnstange wieder zurückgeschoben, bis sie außer Eingriff mit dem Ritzel steht. Dadurch ist der Gurtaufroller wieder uneingeschränkt benutzbar.
Es ist ferner bekannt, den in der Hülse geführten Kolben als Zahnstangen-Kolben auszuführen, d.h. daß der Kolben auf seiner Außenseite mit einer Verzahnung versehen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine pyrotechnisch angetriebene Antriebseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart zu verbessern, daß in kompakter Bauweise ohne konstruktiv aufwendige Änderungen die Zahnstange im Ruhezustand der Antriebseinheit mit dem Zahnrad im Kämmeingriff steht und nach erfolgter Zündung des Gassatzes
ORIGINAL UNTERLAGEN die Zahnstange so weit zurückschiebbar ist, daß sie außer Eingriff mit dem Zahnrad steht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Ruhezustand der Antriebseinheit der Kolben an dem dem Zahnrad entgegengesetzten Ende über einen pyrotechnischen Abstandshalter abgestützt ist, der bei der Zündung des Gassatzes gemeinsam mit diesem abbrennt.
Durch den pyrotechnischen Abstandshalter steht die Zahnstange im Ruhezustand der Antriebseinheit immer im Eingriff mit dem Zahnrad. Dies ist außerordentlich wichtig, da sonst beim Zünden des Gassatzes leicht die Zahnstange und das Zahnrad bzw. das Ritzel beschädigt werden können. Durch das Abbrennen des Abstandshalters bei der Zündung des Gassatzes vernichtet sich der Abstandshalter selbst. Dies hat den Vorteil, daß dadurch die Zahnstange so weit zurückgeschoben werden kann, daß sie nicht mehr im Eingriff mit dem Zahnrad bzw. dem Ritzel steht.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist der pyrotechnische Abstandshalter ein Distanzring. Dieser läßt sich einfach in die Hülse der Antriebseinheit integrieren.
Vorteilhafterweise wird der Abstandshalter durch den abbrennenden Gassatz angezündet. Der pyrotechnische Stoff des Abstandshalters sollte gut verpreßbar sein, leicht und weitgehend rückstandsfrei verbrennen, gut verträglich mit dem eingesetzten Gassatz sein und eine möglichst geringe Druckerzeugung bei der Verbrennung bewirken, damit die Leistung des Gassatzes nicht beeinflußt wird. Als Stoffe eignen sich für den Abstandshalter vorteilhafterweise phlegmatisierte NC-Gassätze, die langsam abbrennen und in Zylinderform extrudierbar und sehr formstabil sind.
In bevorzugter Ausführungsform ist, wie an sich schon bekannt, die Zahnstange in die Außenwand des Kolbens integriert und bildet einen Zahnstangen-Kolben und weist die Hülse eine Öffnung auf, durch die das Ritzel bzw. das Zahnrad in die Hülse hineinragt und mit der Zahnstange im Eingriff steht. Hierdurch läßt sich die Antriebseinheit extrem klein bauen.
Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Antriebseinheit in einen Gurtstraffer für Fahrzeug-Sicherheitsgurte integriert.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend eingehend beschrieben werden. Es zeigt:
Fig.l schematisch die Antriebseinheit eines Gurtstraf- fers in Ruhestellung mit eingesetzem pyrotech- nischen Abstandshalter,
Fig.2 schematisch die Antriebseinheit eines Gurtstraf- fers nach Fig.l in der Betätigungsphase,
Fig.3 schematisch die Antriebseinheit eines Gurtstraf- fers nach Fig.l nach der Betätigungsphase und mit zurückgeschobenem Zahnstangen-Kolben und
Fig.4 im Schnitt eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in der Ruhephase integriert in einen Gurtstraffer für Fahrzeug-Sicherheitsgurte.
Fig.l zeigt schematisch eine erfindungsgemäße pyrotechnische Antriebseinheit, die sich in Ruhestellung befindet. Die Antriebseinheit besteht aus einer Hülse 6, in der ein Kolben 8 verschiebbar angeordnet ist. Im Inneren des Kolbens 8 befindet sich ein Anzündelement 3 und ein Gassatz 4 zur Erzeugung von Druckgas. Abgestützt ist der Kolben 8 an einem pyrotechnischen Abstandshalter 5, der als Distanzring ausgebildet ist. Auf der Außenseite des Kolbens 8 ist dieser mit einer Zahnstange 1 bzw. einer Verzahnung versehen, so daß er einen Zahnstangen-Kolben bildet. Diese Verzahnung steht mit einem Ritzel bzw. Zahnrad 2 im Eingriff. Fig.2 zeigt die oben beschriebene Anordnung nach erfolgter Zündung des Gassatzes 4 durch das Anzündelement 3. Der Zahnstangen-Kolben 8 bewegt sich aufgrund des Druckanstieges weg vom Abstandshalter 5 und treibt dabei das Zahnrad 2 an. Durch den angezündeten Gassatz 4 verbrennt gleichfalls der pyrotechnische Abstandshalter 5.
Fig.3 zeigt die Antriebseinheit nach der oben beschriebenen Betätigungsphase. Der Zahnstangen-Kolben 8 ist vollkommen zurückgefahren und zwar über die ursprüngliche Stellung hinaus, da jetzt der Abstandshalter 5 verbrannt ist und somit fehlt. Die Verzahnung des Zahnstangen-Kolbens 8 steht nicht mehr im Eingriff mit dem Zahnrad 2.
Fig.4 zeigt im Schnitt eine erfindungsgemäße Antriebseinheit in der Ruhephase, integriert in einen Gurtstraffer für Fahrzeug-Sicherheitsgurte. In einer Hülse 6, die durch einen Stopfen 10 verschlossen ist, ist ein Zahnstangen-Kolben 8 verschiebbar angeordnet. Im Zahnstangen-Kolben 8 ist ein Anzündelement 3 und ein Gassatz 4 untergebracht. Zur besseren Anzündung des Gassatzes 4 befindet sich zwischen dem Anzündelement 3 und dem Gassatz 4 eine Verstärkerla¬ dung 11. Die Verstärkerladung 11 ist mit dem Gassatz 4 in einem Ladebehälter 12 untergebracht, der sich über die gesamte Innenlänge des Zahnstangen-Kolbens 8 erstreckt. Zur Abdichtung erstreckt sich der Ladebehälter 12 über das Ende des Zahnstangen-Kolbens 8 hinaus und ist rechtwinklig umgebogen, so daß er die Hülse 6 berührt.
An seinem dem Stopfen 10 zugewandten Ende ist der Zahnstangen-Kolben 8 über einen pyrotechnischen Abstands¬ halter 5, der als Distanzring ausgebildet ist, abgestützt. Dieser Abstandshalter 5 wird vom Gassatz 4 angezündet und verbrennt gemeinsam mit diesem. Ein Anschlußkabel 13 ist mit dem Anzündelement 3 verbunden und ist an der Stirnseite aus dem Zahnstangen-Kolben 8 herausgeführt und verläßt die Hülse 6 an der Stirnseite. Alternativ kann das Anschlußkabel 13 auch durch eine Öffnung 9 in der Hülse 6 herausgeführt werden. In diese Öffnung 9 ragt ein Zahnrad 2 bzw. ein Ritzel eines Zahnradgetriebes 14. Dieses Zahnradgetriebe 14 ist triebschlüssig mit einer Gurtspule 7 bzw. deren Welle kuppelbar. Auf der Gurtspule 7 ist der Fahrzeug-Sicher¬ heitsgurt aufgewickelt. Fig.4 zeigt den Ruhezustand des Gurtstraffers, bei dem die Verzahnung bzw. die Zahnstange 1 des Zahnstangen-Kolbens 8 mit dem Zahnrad 2 im Kämmeingriff steht.
Bei Zündung des Gassatzes 4 durch das Anzündelement 3 über das Anschlußkabel 13 baut sich ein Druck auf, der den Zahnstangen-Kolben 8 weg vom Stopfen 10 beschleunigt. Hierdurch wird das Zahnrad 2 und damit die Gurtspule 7 angetrieben. Gleichzeitig verbrennt der pyrotechnische Abstandshalter 5. Nach erfolgter Betätigung wird der Zahnstangen-Kolben 8 wieder über seine ursprüngliche Lage hinaus bis an den Stopfen 10 zurückgefahren. Dies ist möglich, da der Abstandshalter 5 verbrannt ist. Der Zahnstangen-Kolben 8 steht dann mit dem Zahnrad 2 nicht mehr im Kämmeingriff. Mit dem Bezugszeichen 15 ist das Gehäuse des Gurtaufrollers angedeutet.

Claims

Patentansprüche
1. ) Pyrotechnisch angetriebene Antriebseinheit für ein Zahnrad (2) , wobei die Antriebseinheit einen über einen Gassatz (4) angetriebenen Kolben (8) aufweist, der in einer Hülse (6) verschiebbar geführt ist, und am Kolben (8) eine Zahnstange (1) angeordnet ist, die im Ruhe¬ zustand der Antriebseinheit mit dem anzutreibenden Zahnrad (2) im Kämmeingriff steht und nach erfolgter Zündung des Gassatzes (4) zurückgeschoben wird, bis die Zahnstange (1) außer Eingriff mit dem Zahnrad (2) steht, dadurch gekennzeichnet, daß im Ruhezustand der Antriebseinheit der Kolben (8) an dem dem Zahnrad (2) entgegengesetzten Ende über einen pyrotechnischen Abstandshalter (5) abgestützt ist, der bei der Zündung des Gassatzes (4) gemeinsam mit diesem abbrennt.
2. ) Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß der pyrotechnische Abstandshalter (5) ein Distanzring ist.
3. ) Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (1) in die Außenwand des Kolbens (8) integriert ist und einen Zahnstangen- Kolben bildet und die Hülse (6) eine Öffnung (9) aufweist, durch die das Zahnrad (2) in die Hülse (6) hineinragt.
4.) Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (5) durch den abbrennenden Gassatz (4) angezündet wird.
5. ) Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit in einen Gurtstraffer für Fahrzeug-Sicherheitsgurte integriert ist.
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