DE10317192A1

DE10317192A1 - Gurtstraffer mit leisem Überdruckventil

Info

Publication number: DE10317192A1
Application number: DE2003117192
Authority: DE
Inventors: Stefan Höfs; Stefan Suhr; Thomas Schmidt
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: DE10317192B4

Abstract

Die Aufgabe, einen verbesserten pyrotechnischen Gurtstraffer zu schaffen, der einen direkten Austritt von heißen Verbrennungsgasen in die nähere Umgebung weitestgehend verhindert und zudem die Geräuschemissionen wesentlich mindert, wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass an ein Überdruckventil (9) des Gurtstraffers eine ein bestimmtes freies Volumen beinhaltende Kammer (7) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gurtstraffer für einen Sicherheitsgurt an einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Praxis ist es bekannt, Sicherheitsgurtrückhaltesysteme für Fahrzeuginsassen mit wenigstens einem Gurtstraffer zu versehen, der seinerseits am Gurtschloss oder an einer Aufrollvorrichtung für den Gurt angreift. Dabei kann der Gurtstraffer beispielsweise in die Gurtaufrollvorrichtung integriert oder mit dem Gurtschloss wirkverbunden sein.

Die Anordnung eines solchen Gurtstraffers resultiert aus dem Bedürfnis, dass der Sicherheitsgurt im Falle eines Unfallereignisses möglichst frühzeitig den Fahrzeuginsassen abfangen und demgemäss straff an demselben anliegen soll. Insbesondere durch die Kleidung des Fahrzeuginsassen, aber auch durch eine an sich übliche Aufrollvorrichtung mit geringen Aufrollkräften ist das straffe Anliegen des Sicherheitsgurtes nicht immer gewährleistet. Dieser Zustand wird üblicherweise als Gurtlose bezeichnet und überwiegend mittels pyrotechnisch ausgelöster Gurtstraffer kompensiert. Da der in der Straffeinrichtung herrschende Druck jedoch eine anschließend aktivierte Kraftbegrenzungseinrichtung negativ beeinflussen und zu einer unerwünschten Kraftspitze zu Beginn der Kraftbegrenzung führen kann, ist es wünschenswert, den Druck in dieser Straffeinrichtung möglichst kontrolliert senken zu können.

Durch die EP 1 199 230 A2 ist beispielsweise ein Gurtaufrollautomat offenbart, der einen pyrotechnischen Gurtstraffer mit einem Gasgenerator aufweist, dessen Verbrennungsgase beim Zünden desselben über eine Antriebseinheit in Form eines in einem Führungsrohr geführten kugelförmigen Kolbens und nachfolgend einer Mehrzahl in Reihe angeordneter weiterer Kugeln auf die Aufwickelmechanik des Gurtaufrollautomaten wirkt. Sobald der Kolben eine bestimmte Strecke zurückgelegt hat, wird ein ständig offen gehaltenes Loch in der Wandung des Führungsrohres freigegeben, durch welches das Verbrennungsgas entweichen kann und infolgedessen der Druck auf den Kolben abgebaut wird.

Als nachteilig an dieser Lösung ist herauszustellen, dass die heißen Verbrennungsgase relativ ungeschützt durch das Loch hindurch in den Gurtaufrollautomaten eindringen und von dort durch Öffnungen im Gehäuse desselben nach außen entweichen und Fahrzeuginsassen schädigen können. Ferner kann eine Funktionsstörung der Mechanik des Gurtaufrollautomaten, beispielsweise eine Blockierung der Antriebseinheit, nicht ausgeschlossen werden, so dass im ungünstigsten Fall das Loch nicht freigegeben und demgemäss ein derart hoher Druck im Führungsrohr aufgebaut wird, dass dasselbe undefiniert zerbersten und möglicherweise Fahrzeuginsassen schädigen kann.

Des Weiteren ist aus der DE 198 52 377 C2 ein pyrotechnischer Gurtstraffer mit einem Gasgenerator zu entnehmen, welcher seinerseits eine mit einem sogenannten Stopfen aus einem pyrotechnischen Material verschlossene Öffnung in der Wandung aufweist. Das pyrotechnische Material des Stopfens ist ferner in einem Gehäuse gehalten. Wird der Gasgenerator gezündet, wirken dessen Verbrennungsgase auf den Stopfen und entzünden diesen. Innerhalb eines bestimmten Zeitraumes brennt dieser ab und gibt nachfolgend eine sogenannte Entspannungsöffnung für die heißen Verbrennungsgase frei.

Auch hier werden in nachteiliger Weise die heißen Verbrennungsgase direkt in die näher Umgebung geleitet und können unter ungünstigen Umständen möglicherweise Fahrzeuginsassen schädigen. Weiterhin ist bei Störungen im Sicherheitsgurtsystem, wie bereits oben beschrieben, ebenfalls mit einem undefinierten Zerbersten der Wandung des Gurtstraffers bzw. des Gasgenerators zu rechnen, insbesondere auch in Anbetracht der Tatsache, dass durch den Stopfen aus weiterem pyrotechnischem Material zusätzliche Verbrennungsgase entstehen und demgemäss zusätzlicher Druck erzeugt wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Druckschrift wird vorgeschlagen, die Öffnung in der Wandung des Gurtstraffers bzw. Gasgenerators mit einem Ventildeckel zu verschließen, der seinerseits mechanisch, elektrisch oder pyrotechnisch fortbewegt werden und demgemäss die Öffnung freigeben kann. Auch mit dieser Lösung sind die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht zu vermeiden. Fernerhin geht dieses abrupte Freigeben der besagten Öffnung mit einer erhebliche Geräuschemission einher.

Schließlich wurde durch die DE 195 45 795 C1 ein pyrotechnischer Gurtstraffer offenbart, der einen Gasgenerator mit einer Gasgeneratorhülse aufweist, die ihrerseits in einer Generatoraufnahme eingeschlossen ist. Die Gasgeneratoraufnahme ist mit einer Öffnung versehen, in die bei Überschreiten eines vorbestimmten Drucks die Wandung der Gasgeneratorhülse eindringt und sich nach Art eines Überdruckventils schließlich selbst öffnet.

Zwar ist bei diesem Gurtstraffer nicht mehr mit den genannten nachteiligen Auswirkungen im Falle von technischen Störungen des Sicherheitsgurtsystems zu rechnen, jedoch ist infolge des Zerberstens der Wandung der Gasgeneratorhülse ebenfalls eine erhebliche Geräuschemission und gleichermaßen ein direkter Austritt der heißen Verbrennungsgase mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit in die Umgebung zu verzeichnen. Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten pyrotechnischen Gurtstraffer zu schaffen, bei dem eine kontrollierte Druckabsenkung möglich ist, bei dem ein direkter Austritt von heißen Verbrennungsgasen in die nähere Umgebung weitestgehend verhindert und die Geräuschemissionen wesentlich gemindert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass an das Überdruckventil des Gurtstraffers eine ein bestimmtes freies Volumen beinhaltende Kammer angeschlossen ist.

In Ausgestaltung der Erfindung ist das Überdruckventil zum einen durch eine bei einem vorgegebenen Überdruck berstende Wandung des Gasgenerators in Form einer Sollbruchstelle, und zum anderen durch eine hierzu korrespondierende Öffnung in der Generatoraufnahme des Gasgenerators gebildet. Alternativ dazu ist auch eine ständig offen gehaltene Öffnung zu der Kammer möglich, wobei die Verbindung zwi schen dem Druckraum der Straffeinrichtung und der Kammer erst einem Vorbeibewegen des Antriebskolbens hergestellt wird.

Weiter wird als erfindungsgemäß angesehen, dass das freie Volumen der Kammer und das Überdruckventil derart bemessen sind, dass im Falle des Ansprechens des Überdruckventils zunächst ein schneller Druckabfall im Führungselement realisierbar beispielsweise ein kritischer weiterer Druckanstieg in demselben verhinderbar ist, jedoch der sich daran anschließende Druckabfall in Abhängigkeit von der Leckrate der Kammer nahezu kontinuierlich und in geringerem Ausmaß zu bewerkstelligen ist.

Zudem ist vorgesehen, dass der Kammer eine oder mehrere Bohrungen in Kapillar-Form oder sonstige geeignete Öffnungen zugeordnet sind, die eine definierte Leckrate gewährleisten. Vorzugsweise ist die Leckage der Kammer kleiner als die Leckage des Überdruckventils.

In Lösung der gestellten Aufgabe wird nunmehr wirkungsvoll vermieden, dass Expansionsgase bzw. heiße Verbrennungsgase mit hohem Druck und hoher Geschwindigkeit direkt in die nähere Umgebung des Gurtstraffers geleitet werden. Der erzeugte Überdruck im Druckraum der Straffeinrichtung wird vielmehr kontrolliert abgebaut, wobei der Druckabbau selbst durch das Volumen der Kammer bestimmt ist. Innerhalb der an das Überdruckventil direkt angeschlossenen Kammer werden des Weiteren die Verbrennungsgase vorteilhaft abgekühlt, bevor sie gegebenenfalls durch die vorzugsweise kapillaren Öffnungen hindurch nach außen dringen. Weiterhin ist eine erhebliche Geräuschminderung im Vergleich zu den gattungsgemäßen Vorrichtungen zu verzeichnen, da die geschlossene Kammer als Schalldämpfer wirkt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt den erfindungsgemäßen pyrotechnischen Gurtstraffer, der seinerseits im wesentlichen ein rohrförmiges Führungselement 1 für ein nicht näher dargestelltes, jedoch an sich bekanntes und darin geführtes kolbenartiges Antriebselement, sowie eine Gasgeneratoraufnahme 2 für einen mittels eines nicht näher gezeigten Sensors aktivierbaren Gasgenerator 3 aufweist.
Das kolbenartige Antriebselement dient der Betätigung eines Gurtaufrollautomaten oder eines Gurtschlosses im Sinne einer Kompensierung der Gurtlose des Sicherheitsgurtes, indem dieser kurzzeitig nachgespannt wird. Gemäß einer verbreiteten Ausführungsform wird der Gurtstraffer über ein an sich vorhandenes Airbagsteuergerät ausgelöst und das kolbenartige Antriebselement wirkt beispielsweise bei einem Gurtaufrollautomaten auf dessen Gurtaufrollwelle. Was das Gurtschloss anbelangt, so kann dieses mittels eines Gurtstraffers im Crashfall nach hinten gezogen werden, um die besagte Gurtlose zu beseitigen.
Wie in der Zeichnung weiter gezeigt wird, ist innerhalb des Gasgenerators 3 ein Treibmittel 4 in Form eines geeigneten pyrotechnischen Materials zur Erzeugung eines Treibgases für das kolbenartige Antriebselement angeordnet.
Des Weiteren verfügt die Gasgeneratoraufnahme 2 über eine in ihrer Wandung 5 eingebrachte Öffnung 6, an die eine ein bestimmtes freies Volumen beinhaltende Kammer 7 angeschlossen ist.
Die Funktionsweise des erfindungungsgemäßen Gurtstraffers ist wie folgt:
Sobald der Gasgenerator 3 gezündet wird, strömt das Verbrennungsgas in das rohrförmige Führungselement 1 und treibt unter Druckaufbau das kolbenförmige Antriebselement an, welches seinerseits auf die Gurtaufrollwelle des Gurtaufrollautomaten, auf das Gurtschloss oder einen Endbeschlag des Sicherheitsgurtes wirkt. Hat das kolbenförmige Antriebselement seine Endstellung erreicht oder ist eine Störung beispielsweise in Form einer Blockierung des Antriebselements zu verzeichnen, so erhöht sich der Druck derart, dass die Wandung 8 des Gasgenerators 3 in die Öffnung 6 eindringt und schließlich zerbricht. Durch die nun zugeschaltete Kammer 7 wird erreicht, dass der Druck kontrolliert gesenkt wird, ohne dass unerwünschte Knallgeräusche entstehen oder heiße Gase freigesetzt werden.
Es ist somit ein Überdruckventil 9 gebildet, welches sich aus einer Sollbruchstelle in der Wandung 8 des Gasgenerators 3 und der dazu korrespondierenden Öffnung 6 zusammensetzt.
Das Überdruckventil 9 könnte in einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch aus einer ständig offen gehaltenen Öffnung bestehen, welche an einer bestimmten Stelle des Führungselementes 1 positioniert ist. Die Zuschaltung des Volumens der Kammer 7 erfolgt dann, sobald das kolben förmige Antriebselement diese Stelle beziehungsweise Öffnung passiert hat.
Sobald dieses Überdruckventil 9 geöffnet ist, verringert sich schlagartig der Überdruck in dem Führungselement 1. Dies geschieht in dem Umfang, wie das freie Volumen der Kammer 7 im Verhältnis zum Gasvolumen des rohrförmigen Führungselementes bemessen ist. Durch die schnelle Volumenerweiterung nach Art einer quasi isochoren Zustandsänderung wird ein kritischer weiterer Druckanstieg verhindert. Daran schließt sich dann gegebenenfalls ein weiterer Druckabfall in Abhängigkeit von der Leckrate der Kammer 7 an, der nahezu kontinuierlich und in einem geringeren Ausmaß vornehmlich durch eine oder mehrere eine definierte Leckrate gewährleistende Bohrungen 10 in Kapillar-Form bewerkstelligt wird. Vorzugsweise ist dabei die Leckage der Kammer 7 kleiner als die Leckage des Überdruckventils 9, so dass nach dem Zuschalten des Volumens der Kammer 7 die als Drossel wirkende Bohrung 10 den Druckabbau bestimmt.
Anstatt der Bohrungen 10 können auch sonstige geeignete Öffnungen wie nicht näher dargestellte Schlitze oder Kerben an der Verbindungsstelle der Kammer 7 zur Gasgeneratoraufnahme 2 vorgesehen werden.
Durch die vorstehenden Maßnahmen kann somit wirkungsvoll und kontrolliert ein Überdruck im Führungselement 1 beziehungsweise im Gasgenerator 3 abgebaut werden. Ferner werden infolge des Zerberstens der Wandung 8 des Gasgenerators 3 eventuell auftretende Geräusche mittels der Kammer 7, die ihrerseits als Schalldämpfer wirkt, erheblich gemindert.
Das Überdruckventil 9 ist in seiner Wirkung primär durch die Wandstärke des Gasgenerators 3 im Bereich der Öffnung 6 der Gasgeneratoraufnahme 2 bestimmt. Aus dem erforderlichen und fest eingestellten Öffnungsdruck ergeben sich leicht nachvollziehbar auch die konkreten Abmessungen der Öffnung 6. Das mit dem Zerbersten der Wandung 8 des Gasgenerators 3 entstehende Loch ist für sich gesehen für einen erwünschten gedrosselten Druckabbau an sich viel zu groß, jedoch kann der Druckabbau nunmehr durch die Kammer 7 und deren definierte kleine Leckrate vorteilhaft eingestellt werden.
In besonders vorteilhafter Weise wird das heiße Verbrennungsgas in der Kammer 7 auch abgekühlt. Ebenso kann es angezeigt sein, die Kammer 7 durch eine geeignete Vorrichtung zur Gasstromablenkung außerhalb des Wirkungsbereiches auf Fahrzeuginsassen auszubilden.

1: Führungselement
2: Gasgeneratoraufnahme
3: Gasgenerator
4: Treibmittel
5: Wandung der Gasgeneratoraufnahme 2
6: Öffnung in der Gasgeneratoraufnahme 2
7: Kammer
8: Wandung des Gasgenerators 3
9: Überdruckventil
10: Bohrung

Claims

Pyrotechnischer Gurtstraffer für einen Sicherheitsgurt an einem Kraftfahrzeug, beinhaltend ein rohrförmiges Führungselement (1), ein darin geführtes kolbenartiges Antriebselement sowie eine Gasgeneratoraufnahme für einen mittels eines Sensors aktivierbaren Gasgenerator (3), welcher seinerseits ein Treibmittel (4) zur Erzeugung eines Treibgases für das kolbenartige Antriebselement des Gurtstraffers im Sinne einer Kompensierung der Gurtlose des Sicherheitsgurtes durch Nachspannen desselben aufweist, wobei dem Gurtstraffer ein sich im Falle eines vorgegebenen Überdruckes im Führungselement (1) selbsttätig öffnendes Überdruckventil zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an das Überdruckventil (9) an eine ein bestimmtes freies Volumen beinhaltende Kammer (7) angeschlossen ist.
Pyrotechnischer Gurtstraffer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (7) eine definierte Leckrate aufweist.
Gurtstraffer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckrate durch wenigstens eine Bohrung (10) oder Öffnung ermöglicht wird und definiert ist.
Gurtstraffer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckrate der Bohrungen (10) oder Öffnungen in der Kammer (7) kleiner ist als die Leckrate des Überdruckventils (9).
Pyrotechnischer Gurtstraffer nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (9) zum einen durch eine bei einem vorgegebenen Überdruck berstende Wandung (8) des Gasgenerators (3) in Form einer Sollbruchstelle und zum anderen durch eine hierzu korrespondierende Öffnung (6) in der Gasgeneratoraufnahme (2) des Gasgenerators (3) gebildet ist.
Pyrotechnischer Gurtstraffer nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Volumen der Kammer (7) und das Überdruckventil (9) derart bemessen sind, dass im Falle des Ansprechens des Überdruckventils (9) zunächst ein schneller Druckabfall im Führungselement (1) realisierbar beziehungsweise ein kritischer weiterer Druckanstieg in demselben verhinderbar ist, und dass der sich daran anschließende Druckabfall in Abhängigkeit von der Leckrate der Kammer (7) nahezu kontinuierlich und in geringerem Ausmaß erfolgt.