DE102004009641A1

DE102004009641A1 - Linearantrieb zum Straffen eines Sicherheitsgurts

Info

Publication number: DE102004009641A1
Application number: DE102004009641A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Greiner; Karl-Heinz Köppel
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-09-15

Abstract

Ein Linearantrieb zum Straffen eines Sicherheitsgurts umfaßt ein Gehäuse (10), einen pyrotechnischen Gasgenerator (16), einen im Gehäuse (10) verschiebaren Kolben (12) und einen im Inneren des Kolbens (12) gebildeten ersten Druckraum (40). Im Inneren des Kolbens (12) ist eine an den ersten Druckraum (40) angrenzende Dämpfungseinrichtung vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb zum Straffen eines Sicherheitsgurts, mit einem Gehäuse, einem pyrotechnischen Gasgenerator, einem im Gehäuse verschiebbaren Kolben und einem im Inneren des Kolbens gebildeten ersten Druckraum.
Solche Linearantriebe sind oft als sogenannte "Rack-and-Pinion"-Linearantriebe ausgebildet. Am Kolben ist eine Zahnstange befestigt, die nach der Aktivierung des Gasgenerators schlagartig bewegt wird und mit einem an eine Gurtspule einer Gurtaufrollvorrichtung gekoppelten Zahnrad in Eingriff kommt, so daß Gurtband aufgezogen wird. Bei derartigen Linearantrieben besteht grundsätzlich das Problem, daß durch das Zünden der Treibladung des Gasgenerators der Kolben mit einem großen kinematischen Impuls auf das Zahnrad geschossen wird, so daß insbesondere beim Einsteuern der Zahnleiste in das Zahnrad hohe mechanische Belastungen auftreten, die durch entsprechende Auslegung der beteiligten Bauteile kompensiert werden müssen.
In der DE 198 46 227A1 wird ein Linearantrieb der eingangs genannten Art mit einem Stufenkolben vorgeschlagen, der ein sanftes Beschleunigen des Stufenkolbens ermöglichen soll. Das erzeugte Gas strömt zunächst in einen im Inneren des Kolbens gebildeten ersten Druckraum, wodurch der Stufenkolben anfänglich in Bewegung versetzt wird. Nach Zurücklegen einer bestimmten Wegstrecke wird ein zweiter Druckraum freigegeben, so daß das in den zweiten Druckraum strömende Gas den Stufenkolben zusätzlich antreibt.
Die Erfindung schafft einen Linearantrieb, bei dem der vom Gasgenerator erzeugte Gasdruck auf materialschonende Weise in eine Bewegung des Kolbens umgesetzt wird.
Bei einem Linearantrieb der eingangs genannten Art wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im Inneren des Kolbens eine an den ersten Druckraum angrenzende Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist. Somit wirkt der sich im ersten Druckraum aufbauende Druck nicht unmittelbar auf den Kolben. Vielmehr erfährt der Kolben durch die erfindungsgemäß angeordnete Dämpfungseinrichtung eine sanfte Anfangsbeschleunigung, wodurch die Impulsspitzenlast deutlich verringert ist. Bei einem "Rack-and-Pinion"-Linearantrieb können daher geringere Anforderungen an die Kolbenverzahnung und an das Zahnrad gestellt werden, so daß die konstruktive Auslegung dieser Bauteile vereinfacht werden kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Linearantriebs besteht darin, daß keine Neuentwicklungen in bezug auf den Gasgenerator erforderlich sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Kolben eine Ausnehmung auf, die sich von einer Stirnseite bis zu einem Boden des Kolbens erstreckt, und die Dämpfungseinrichtung ist zwischen dem ersten Druckraum und dem Boden angeordnet. Eine solche Ausgestaltung, bei der die Dämpfungseinrichtung im Kolbeninneren zwischen dem ersten Druckraum und dem Kolbenboden geschaltet ist, erweist sich als sehr kompakt.
Die Dämpfungseinrichtung umfaßt vorzugsweise ein durch den sich im ersten Druckraum aufbauenden Druck elastisch oder plastisch verformbares Dämpfungselement. Somit kann die energieabsorbierende Charakteristik dieses Elements bei der Dämpfung der anfänglichen Kolbenbewegung ausgenutzt werden.
Bei der Dämpfungseinrichtung der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß sie ferner eine an den ersten Druckraum angrenzende, verschiebbare Druckplatte umfaßt, die über das Dämpfungselement an den Kolben gekoppelt ist. Eine solche Druckplatte gibt den im ersten Druckraum entstehenden Druck unter Zwischenschaltung des Dämpfungselements an den Kolben weiter.
Die bevorzugte Ausführungsform sieht außerdem einen zwischen dem Boden des Kolbens und der Druckplatte gebildeten zweiten Druckraum vor, in dem das Druckniveau immer dem des Umgebungsdrucks entspricht.
Eine einfache Abdichtung der Druckräume ergibt sich dadurch, daß sich die Druckplatte bis zur Wandung der Ausnehmung des Kolbens erstreckt.
Zur Verbesserung der Führung der Druckplatte in der Ausnehmung des Kolbens kann eine Konstruktion vorgesehen werden, bei der sich von der Druckplatte ein Fußabschnitt weg erstreckt, der in einer Bohrung im Boden des Kolbens verschiebbar gelagert ist.
Als Dämpfungselement kann insbesondere eine Schraubenfeder eingesetzt werden.
Eine Verringerung der axialen Baulänge wird dadurch erreicht, daß eine Treibladungshülse des Gasgenerators in die Ausnehmung des Kolbens hineinragt.
Bei einer Ausführung der Ausnehmung des Kolbens als Bohrung mit einem runden Querschnitt kann mit relativ hohen Drücken bei geringer Materialbeanspruchung gearbeitet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Linearantriebs.
Der in der Figur dargestellte Linearantrieb umfaßt ein Gehäuse 10, in dem ein Kolben 12 verschiebbar aufgenommen ist. Sowohl das Gehäuse 10 als auch der Kolben 12 haben einen rechteckigen Querschnitt. An einem Ende 14 des Gehäuses 10 ist ein pyrotechnischer Gasgenerator 16 mit einem elektrisch oder mechanisch zündbaren Treibsatz angeordnet, wobei der Treibsatz eine Treibladung umfaßt, die in einer Treibladungshülse 18 untergebracht ist.
Der Kolben 12 weist eine zu einem Zahnrad 20 passende Außenverzahnung 22 auf. Das um eine feste Achse drehbare Zahnrad 20 ist an eine Gurtspule einer Gurtaufrollvorrichtung gekoppelt. Der Kolben 12 weist ferner eine Ausnehmung 24 auf, die z. B. als Bohrung mit rundem Querschnitt ausgeführt sein kann. Die Ausnehmung 24 erstreckt sich von einer Stirnseite 26 bis zu einem Boden 28 des Kolbens 12. In die Ausnehmung 24 ragt die Treibladungshülse 18 des Gasgenerators 16 hinein.
In der Ausnehmung 24 ist ferner ein im Längsschnitt T-förmiger Stößel 30 mit einem Fußabschnitt 32 und einem als Druckplatte 34 dienenden Querabschnitt verschiebbar geführt, wobei der Fußabschnitt 32 durch eine entsprechende Bohrung 36 im Boden 28 des Kolbens 12 hindurchragt, während sich die Druckplatte 34 bis zur Wandung der Ausnehmung 24 erstreckt. Zwischen dem Boden 28 des Kolbens 12 und der Druckplatte 34 ist ein verformbares Element in Form einer um den Fußabschnitt 32 des Stößels 30 herum angeordneten Schraubenfeder 38 vorgesehen, deren eines Ende sich am Boden 28 des Kolbens und deren anderes Ende sich an der Druckplatte 34 abstützt. Die Feder 38 bildet zusammen mit dem gegen die Kraft der Feder 38 in Richtung Boden 28 verschiebbaren Stößel 30 eine Dämpfungseinrichtung.
In der Ausnehmung 24 ist zwischen der Druckplatte 34 und der Treibladungshülse 18 ein erster Druckraum 40 gebildet; ein zweiter Druckraum 42, in dem das Druckniveau immer dem Umgebungsdruck entspricht, erstreckt sich von der Druckplatte 34 bis zum Boden 28 des Kolbens 12.
Im Normalzustand des Linearantriebs, der in der Figur gezeigt ist, befindet sich der Kolben 12 außer Eingriff mit dem Zahnrad 20, so daß sich die Gurtspule frei drehen kann. Im Auslösefall entsteht durch das Zünden der Treibladung ein ansteigender Druck, der ein Aufbrechen der Treibladungshülse 18 bewirkt. Daraufhin baut sich im ersten Druckraum 40 ein Druck auf, der auf die Druckplatte 34 wirkt und diese vom Gasgenerator 16 wegdrückt. Aufgrund der Kopplung des Stößels 30 mit dem Kolbenboden 28 über die Feder 38 wird der Kolben 12 vom Gasgenerator 16 wegbewegt. Die anfängliche Bewegung des Kolbens 12 erfolgt aufgrund des Einfederns der Feder 38 auf sanfte Weise. Die Dämpfung bewirkt somit eine Einsteuerung der Außenverzahnung 22 des Kolbens 12 in das Zahnrad 20 auf einem verhältnismäßig niedrigen Kraftniveau.
Dem im ersten Druckraum 40 durch den Abbrand der Treibladung weiter ansteigenden Gasdruck wirkt mit fortschreitender Bewegung des Kolbens 12 ein größer werdendes Widerstandsmoment des Zahnrads 20 entgegen, das durch den Gurtbandeinzug hervorgerufen wird. Deshalb wird die Feder 38 immer weiter gestaucht, so daß die Dämpfungswirkung abnimmt und die Kraftübertragung von der Druckplatte 34 des Stößels 30 auf den Kolben 12 direkter wird.
Anstelle der Schraubenfeder 38 kann auch ein anderes elastisch oder plastisch verformbares Element mit geeigneter Energieumwandlungscharakteristik verwendet werden.

Claims

Linearantrieb zum Straffen eines Sicherheitsgurts, mit einem Gehäuse (10), einem pyrotechnischen Gasgenerator (16), einem im Gehäuse (10) verschiebbaren Kolben (12) und einem im Inneren des Kolbens (12) gebildeten ersten Druckraum (40), dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Kolbens (12) eine an den ersten Druckraum (40) angrenzende Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist.
Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) eine Ausnehmung (24) aufweist, die sich von einer Stirnseite (26) bis zu einem Boden (28) des Kolbens (12) erstreckt, und daß die Dämpfungseinrichtung zwischen dem ersten Druckraum (40) und dem Boden (28) angeordnet ist.
Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung ein durch den sich im ersten Druckraum (40) aufbauenden Druck elastisch oder plastisch verformbares Dämpfungselement umfaßt.
Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung ferner eine an den ersten Druckraum (40) angegrenzende, verschiebbare Druckplatte (34) umfaßt, die über das Dämpfungselement an den Kolben (12) gekoppelt ist.
Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden (28) des Kolbens (12) und der Druckplatte (34) ein zweiter Druckraum (42) gebildet ist, in dem das Druckniveau immer dem des Umgebungsdrucks entspricht.
Antrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Druckplatte (34) bis zur Wandung der Ausnehmung (24) des Kolbens (12) erstreckt.
Antrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich von der Druckplatte (34) ein Fußabschnitt (32) weg erstreckt, der in einer Bohrung (36) im Boden (28) des Kolbens (12) verschiebbar gelagert ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Dämpfungselement eine Schraubenfeder (38) ist.
Antrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Treibladungshülse (18) des Gasgenerators (16) in die Ausnehmung (24) des Kolbens (12) hineinragt.
Antrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (24) des Kolbens (12) als Bohrung mit rundem Querschnitt ausgeführt ist.