DE20105264U1

DE20105264U1 - Pyrotechnischer Gurtstraffer-Antrieb

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Publication number: DE20105264U1
Application number: DE20105264U
Authority: DE
Original assignee: TRW Occupant Restraint Systems GmbH
Current assignee: TRW Occupant Restraint Systems GmbH
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: DE10212912A1; DE10212912B4

Description

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PATENTANWÄLTE Manzingerweg 7

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26. März 2001

TRW Occupant Restraint Systems GmbH
& Co. KG
Industriestraße 20
D-73553 Alfdorf

Unser Zeichen: T 9679 DE
HD/mr

Pyrotechnischer Gurtstraffer-Antrieb

Die Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Gurtstraffer-Antrieb für Gurtsysteme in Fahrzeugen, mit einem Gurtkraftbegrenzer, einer Druckkammer, die eine zur Umgebung fuhrende Druckentlastungsöffnung aufweist, einem in der Druckkammer beweglich geführten Kolben und einer pyrotechnischen Ladung, bei deren Aktivierung der Kolben in dem Druckraum durch Druckgas antreibbar ist.

Derartige pyrotechnische Gurtstraffer-Antriebe können als Drehantrieb oder als Linearantrieb ausgebildet sein. Drehantriebe greifen gewöhnlich an der Gurtspule eines Gurtaufrollers an. Linearantriebe greifen entweder an einem Endbeschlag oder Umlenkbeschlag des Gurtbandes an, oder sind über ein Zahnstangengetriebe an die Gurtspule des Gurtaufrollers angeschlossen. Die Kopplung zwischen Gurtspule und Gurtstraffer-Antrieb erfolgt gewöhnlich über eine Kupplung, die erst bei Aktivierung des Antriebs eingerückt wird, um im Normalbetrieb des Gurtaufrollers eine freie Drehung der Gurtspule zu gewährleisten. Je nach Ausführung der Kupplung ist die Gurtspule nach

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abgeschlossener Gurtband-Straffung wieder von dem Antrieb entkoppelt, oder sie bleibt bei blockierter Kupplung mit dem Antrieb gekoppelt.

Gurtkraftbegrenzer in Gurtsystemen sind oftmals in Gurtaufrollern integriert.

Sie umfassen beispielsweise einen Torsionsstab, der an einem axialen Ende der Gurtspule starr befestigt ist und am anderen Ende mit einer Sperrscheibe gekoppelt ist, die durch eine Klinke am Rahmen des Gurtaufrollers drehfest blockierbar ist. Der Torsionsstab läßt eine Rückdrehung der Gurtspule bei blockierter Sperrscheibe zu, wenn die Gurtkraft einen vorbestimmten Wert überschreitet. Das Kraftniveau, auf dem die Kraftbegrenzung stattfindet, kann durch die mechanischen Eigenschaften des Torsionsstabes eingestellt werden.

Wenn jedoch ein Gurtstraffer-Antrieb nach erfolgter Straffung über die Kupplung an die Gurtspule angekoppelt bleibt, wird dem durch die mechanischen Eigenschaften des Torsionsstabes gegebenen Kraftbegrenzungsniveau eine Komponente überlagert, die durch den Bewegungswiderstand des Gurtstraffer-Antriebs bestimmt ist. Dieser Bewegungswiderstand hängt insbesondere von dem in der Druckkammer nach beendigter Straffung verbleibenden Restdruck ab, der auf den Kolben wirkt und seine Bewegung behindert. Die Überlagerung des Bewegungswiderstandes des Gurtstraffer-Antriebs mit dem Torsionswiderstand des Torsionsstabes fuhrt zu einer unerwünschten Erhöhung des Kraftniveaus der Gurtkraftbegrenzung.

Durch die Erfindung wird ein pyrotechnischer Gurtstraffer-Antrieb für Gurtsysteme in Fahrzeugen geschaffen, bei dem nach beendigter Gurtbandstraffung der Bewegungswiderstand des Kolbens nicht oder nur unwesentlich durch den in der Druckkammer verbleibenden Restdruck erhöht wird. Gemäß der Erfindung ist bei dem pyrotechnischen Gurtstraffer-Antrieb der eingangs angegebenen Art in die Druckentlastungsöffnung ein Düsenkörper aus einem niedrigschmelzenden Werkstoff eingesetzt. Die nach Aktivierung der pyrotechnischen Ladung den Durchgangskanal des Düsenkörpers durchströmenden heißen Gase fuhren nach kurzer Zeit zum Aufschmelzen der den Düsenkörper bildenden Masse, die vorzugsweise aus einer niedrigschmelzenden

Legierung besteht. Durch die einsetzende Vergrößerung des Strömungsquerschnitts an der Druckentlastungsöffnung der Druckkammer wird diese druckentlastet, so daß der Bewegungswiderstand des Kolbens in der Druckkammer reduziert wird. Die Zeitspanne vom Beginn der Aktivierung der pyrotechnischen Ladung bis zur Druckentlastung der Druckkammer durch Aufschmelzen des Düsenkörpers kann durch dessen geometrische Gestaltung und durch die Beschaffenheit der niedrigschmelzenden Legierung, aus der er hergestellt wird, eingestellt werden. Sie wird so eingestellt, daß die Druckentlastung zu dem Zeitpunkt stattfindet, an dem die Gurtbandstraffung beendet ist und die Gurtband-Kraftbegrenzungsphase beginnt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein strömungsaufwärts gelegenes Ende des Durchgangskanals durch eine Drosselscheibe abgedeckt, die eine Durchgangsöffnung mit einer Querschnittsfläche aufweist, die nur einen Bruchteil der Querschnittsfläche des Durchgangskanals des Düsenkörpers beträgt. An der Durchgangsöffnung der Drosselscheibe, bei der es sich insbesondere um eine Berstscheibe handelt, treten die heißen Gase mit sehr hoher Geschwindigkeit aus und werden aufgefächert, so daß sie auf der Innenseite der den Durchgangskanal des Düsenkörpers umgebenden Umfangswand auftreffen. Durch diese Einwirkung der auftreffenden heißen Gase wird das Material der Umfangswand in kürzester Zeit aufgeschmolzen. Nachdem die Umfangswand durch Aufschmelzen zumindest bereichsweise entfernt ist, steht die Druckkammer mit der Umgebung über einen stark vergrößerten Strömungsquerschnitt in Verbindung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- Figur 1 einen Axialschnitt eines Gurtstraffer-Antriebs für einen Gurtaufroller;

- Figur 2 ein Diagramm, das den Daickverlauf in der Druckkammer des Gurtstraffer-Antriebs und den Verlauf des resultierenden Kraftbegrenzungsniveaus des Gurtkraftbegrenzers über die Zeit darstellt; und

- Figuren 3a, b und c einen in die Druckentlastungsöffnung der Druckkammer eingesetzten Düsenkörper in drei aufeinanderfolgenden Zuständen.

Der in Figur 1 gezeigte Gurtstraffer-Antrieb wird seitlich an einem (nicht gezeigten) Gurtaufroller angesetzt. Der Gurtstraffer-Antrieb hat ein flaches Gehäuse 10 aus Kunststoff mit einer dieses in Längsrichtung durchsetzenden zylindrischen Bohrung 12, in die ein metallisches Zylinderrohr 14 eingesetzt ist.

In dem Zylinderrohr 14 ist ein hohler Kolben 16 aufgenommen. Der hohle Kolben 16 begrenzt in seinem Inneren einen Druckraum 18, an dessen einem axialen Ende eine pyrotechnische Ladung 20 angeordnet ist. An dem gegenüberliegenden axialen Ende weist der Kolben 16 eine Stirnfläche 22 mit einer Druckentlastungsöffnung 24 auf. In diese Druckentlastungsöffnung 24 ist ein Düsenkörper 26 eingesetzt, dessen Gestalt und Funktion anhand der Figuren 3a bis c im einzelnen beschrieben wird.

Der Kolben 16 trägt an seiner Mantelfläche eine axiale Zahnstange 28, die mit einem Ritzel 30 in Kämmeingriff steht, das in dem Gehäuse 10 drehbar gelagert ist und drehfest mit einem Zahnrad 32 verbunden ist, das seinerseits mit einem (in Figur 1 nicht gezeigten) Ritzel in Kämmeingriff steht, das drehfest mit einer gleichfalls im Gehäuse 10 gelagerten Kupplungshülse 34 gekoppelt ist. Die Kupplungshülse 34 ist Bestandteil einer durch ein Klemmrollengesperre gebildeten Kupplung, die an einem axialen Antriebsfortsatz 36 der (nicht gezeigten) Gurtspule des Gurtaufrollers angreift. Bei Aktivierung der pyrotechnischen Ladung 20 wird der hohle Kolben 16 in dem Zylinderrohr 14 durch den Druck in der Druckkammer 18 angetrieben, das Ritzel 30 wird in Drehung versetzt und treibt über das Zahnrad 32 und das damit in Eingriff stehende Ritzel den Kupplungsring 34 an, so daß über das Klemmgesperre der Kupplung letztlich der Antriebsfortsatz 36 der Gurtspule angetrieben wird.

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Bei der herkömmlichen Ausführung des Gurtstraffer-Antriebs ist die Druckentlastungsöffnung 24 in der Stirnwand 22 des Zylinders 16 durch eine Berstscheibe abgedeckt, die eine kleine Durchgangsöffnung aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Gurtstraffer-Antrieb ist in die Druckentlastungsöffnung 24 hingegen der Düsenkörper 26 eingesetzt. Die durch den Düsenkörper 26 im Vergleich zur herkömmlichen Ausführung des Gurtstraffer-Antriebs erreichten Wirkungen sind in Figur 2 veranschaulicht.

In dem Diagramm der Figur 2 sind auf der Ordinate die Gurtkraft F und der Druck P in der Druckkammer 18 gegen die Zeit t aufgetragen. Der Druck P durchläuft ein Maximum und hat anschließend bei der herkömmlichen Ausführungsform des Gurtstraffer-Antriebs den mit gestrichelter Linie eingezeichneten Verlauf Pi und bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Gurtstraffer-Antriebs den mit durchgezogener Linie eingezeichneten Verlauf P2: Die Gurtkraft F steigt bis zu einem Zeitpunkt ti an, zu dem die Gurtspule (nach abgeschlossener Gurtbandstraffung) einseitig blockiert wird. Anschließend steigt die Gurtkraft F weiter an bis zu einem Zeitpunkt t.2, bei dem das durch den Torsionsstab des Gurtaufrollers bestimmte Kraftbegrenzungsniveau erreicht ist. Anschließend nimmt die Gurtkraft bei dem herkömmlichen Gurtstraffer-Antrieb den durch eine punktierte Linie F_t dargestellten Verlauf. Dieser kennzeichnet sich durch eine weitere Erhöhung der Gurtkraft F mit einem anschließenden allmählichen Abfall aus. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Gurtstraffer-Antriebs nimmt hingegen die Gurtkraft den mit durchgezogener Linie F2 dargestellten Verlauf. Dieser zeichnet sich dadurch aus, daß ab dem Zeitpunkt t2 das Niveau der Gurtkraft nicht weiter ansteigt und annähernd konstant bleibt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß zum Zeitpunkt t2 der Druck in der Druckkammer 18 vollständig oder zumindest nahezu vollständig abgebaut ist und die Bewegung des Kolbens 16 in dem Zylinderrohr 14 durch den Restdruck nicht gehemmt wird. Der Druckabbau in der Druckkammer 18 kommt bei dem erfindungsgemäßen Gurtstraffer-Antrieb dadurch zustande, daß zum Zeitpunkt ti, oder kurz zuvor, der Düsenkörper 26 den Strömungsquerschnitt der Druckentlastungsöffnung 24 in der

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Stirnwand 22 des Kolbens 16 freigegeben hat. Diese Funktion des Düsenkörpers 26 wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 3a, 3b und 3c näher beschrieben.

Wie in Figur 3a gezeigt, hat der Düsenkörper 26 eine hohlzylindrische

Umfangswand 40, die einen zylindrischen Durchgangskanal 42 umgrenzt. Der Düsenkörper 26 ist durch ein umgebördeltes axiales Ende der Umfangswand 26 an der Stirnwand 22 des hohlen Kolbens 16 befestigt. Am entgegengesetzten Ende der Umfangswand 26 ist ein radialer Stützflansch 44 gebildet, auf dem eine dünne Berstscheibe 46 aufliegt. Die Berstscheibe 46 hat eine zentrale Durchgangsöffnung 48. Zwischen dem Außenumfang des Stützflansches 44 und der Innenfläche des Kolbens 16 verbleibt ein Ringspalt 50.

Der Düsenkörper 26 besteht aus einer niedrigschmelzenden Legierung. Die Legierung sollte einen Schmelzpunkt zwischen etwa 180° C und etwa 220° C aufweisen. Besonders vorteilhaft ist ein Schmelzpunkt von etwa 200° C. Geeignete niedrigschmelzende Legierungen sind die bekannten MCP-Wismutlegierungen. Von den MCP-Wismutlegierungen sind besonders solche geeignet, die Blei, Zinn und Indium enthalten.

In Figur 3 a wird angenommen, daß heiße Gase die Durchtrittsöffnung 48 der Berstscheibe 46 durchqueren, aufgefächert werden und auf der Innenfläche der Umfangswand 40 des Düsenkörpers 26 auftreffen. Nach wenigen Millisekunden ist der in Figur 3b gezeigte Zustand eingetreten. Die Umfangswand 40 wird innenseitig ausgehöhlt, indem die Masse des Düsenkörpers 26 geschmolzen wird. Da die heißen Gase die Durchtrittsöffnung 48 der Berstscheibe 46 mit sehr hoher Geschwindigkeit durchströmen, wird die Umfangswandung 40 sehr schnell durchgeschmolzen. In diese Umfangswand 40 sind jedoch axiale Stege 52 aus einem temperaturbeständigen Material oder mit einer deutlich vergrößerten Wandstärke eingelagert. Diese axialen Stege 52 bleiben, wie in Figur 3c dargestellt, bestehen und halten den Stützflansch 44 im Abstand von der Stirnwand 22 des Kolbens 16. Durch den Ringspalt 50 können nun die Gase den Stützflansch 44 umströmen und durch die freigewordenen Öffnungen in der Umfangswand 40 in den Durchgangskanal 42 des Düsenkörpers 26 eintreten, wie

-&Iacgr; &ngr;&agr; Figur 3c durch Pfeile angedeutet ist. Der Strömungsquerschnitt vom Druckraum 18 zur Umgebung ist nun um ein Vielfaches erweitert, so daß ein plötzlicher Druckabbau in der Druckkammer 18 stattfindet.

Claims

1. Pyrotechnischer Gurtstraffer-Antrieb für Gurtsysteme in Fahrzeugen, mit einer Druckkammer, die eine zur Umgebung führende Druckentlastungsöffnung aufweist, einem in der Druckkammer beweglich geführten Kolben und einer pyrotechnischen Ladung, bei deren Aktivierung der Kolben in dem Druckraum durch Druckgas antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Druckentlastungsöffnung ein Düsenkörper aus einem niedrigschmelzenden Werkstoff, insbesondere einer niedrigschmelzenden Legierung, eingesetzt ist.

2. Gurtstraffer-Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper einen Durchgangskanal aufweist, der durch eine die Druckkammer von der Umgebung trennende Umfangswand begrenzt ist.

3. Gurtstraffer-Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand des Durchgangskanals durch die ihn nach Aktivierung der pyrotechnischen Ladung durchströmenden heißen Gase innerhalb einer Zeitspanne aufschmelzbar ist, die vor dem Wirksamwerden des Kraftbegrenzers beendet ist.

4. Gurtstraffer-Antrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein strömungsaufwärts gelegenes Ende des Durchgangskanals durch eine Drosselscheibe abgedeckt ist, die eine Durchgangsöffnung mit einer Querschnittsfläche aufweist, die nur einen Bruchteil der Querschnittsfläche des Durchgangskanals beträgt.

5. Gurtstraffer-Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe an einem radialen Stützflansch des Düsenkörpers befestigt ist.

6. Gurtstraffer-Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützflansch durch Wandungsteile der Umfangswand des Durchgangskanals aus einem temperaturbeständigen Werkstoff und/oder einer vergrößerten Wandstärke in axialem Abstand von der Druckentlastungsöffnung gehalten ist.

7. Gurtstraffer-Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben hohlzylindrisch ausgebildet ist, der Innenraum des Kolbens die Druckkammer begrenzt und die Druckentlastungsöffnung in einer Stirnwand des Kolbens gebildet ist.

8. Gurtstraffer-Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenfläche der Druckkammer und dem Außenumfang des Stützflansches ein Ringspalt gebildet ist.

9. Gurtstraffer-Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigschmelzende Legierung einen Schmelzpunkt zwischen etwa 180°C und etwa 220°C aufweist.

10. Gurtstraffer-Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung einen Schmelzpunkt von etwa 200°C aufweist.

11. Gurtstraffer-Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigschmelzende Legierung ausgewählt ist aus der Gruppe der MCP-Wismutlegierungen.

12. Gurtstraffer-Antrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die MCP-Wismutlegierungen Blei, Zinn und Indium enthalten.

13. Gurtstraffer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben über ein Zahnstangengetriebe an die Gurtrolle eines Gurtaufrollers angekoppelt ist.

14. Gurtstraffer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gurtaufroller mit einem Gurtkraftbegrenzer ausgestattet ist.