DE102004034561A1

DE102004034561A1 - Sicherheitsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004034561A1
Application number: DE200410034561
Authority: DE
Inventors: Friedrich Reiter; Clark Dipl.-Phys. Rüdebusch
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-07-17
Filing date: 2004-07-17
Publication date: 2006-02-16
Also published as: WO2006007928A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gasgenerator, einem im Falle eines Unfalls durch den Gasgenerator zu befüllenden Gassack 1 und mindestens einer Öffnung 2. Der Strömungswiderstand der Öffnung 2 ist variabel und stellt sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des durch die Öffnung 2 strömenden Gasstroms selbsttätig ein. Um eine Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei der sich der Füllstand des Gassacks 1 auf einfache Weise selbsttätig so auf den jeweiligen Lastfall einstellt, daß ein optimaler Schutz für Fahrzeuginsassen gewährleistet ist, wird vorgeschlagen, daß die Einstellung des Strömungswiderstands durch einen im Bereich der Öffnung 2 beweglich angeordneten Körper 3 erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 101 11 566 A1 ist eine Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gasgenerator sowie einem im Falle eines Unfalls zu befüllenden Gassack bekannt. Dem Gassack ist mindestens eine in einem Teilbereich kanalförmige Öffnung zugeordnet, deren Strömungswiderstand variabel ist. Da die kanalförmige Öffnung in Form eines elastischen Schlauchs ausgebildet ist, stellt sich der Strömungswiderstand in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des durch die Öffnung strömenden Gasstroms aufgrund der Gesetzmäßigkeiten von Bernoulli selbständig ein. Nimmt in dem kanalförmigen Teilbereich der Öffnung die Geschwindigkeit des Gases und somit auch der kinetische Druck zu, so nimmt der statische Druck ab und die Öffnung zieht sich zusammen. Dadurch erhöht sich der Strömungswiderstand der Öffnung und es kann weniger Gas entweichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gasgenerator sowie einem Gassack und mindestens einer Öffnung zu schaffen, bei der sich der Füllstand des Gassacks auf einfache Weise. selbsttätig so auf den jeweiligen Lastfall einstellt, daß ein optimaler Schutz für Fahrzeuginsassen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Sicherheitsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gasgenerator, einem im Falle eines Unfalls durch den Gasgenerator zu befüllenden Gassack und mindestens einer Öffnung, deren Strömungswiderstand variabel ist und sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des durch die Öffnung strömenden Gasstroms selbständig einstellt, zeichnet sich durch einen im Bereich der Öffnung angeordneten beweglichen Körper aus. Je nach der Geschwindigkeit des durch die Öffnung fließenden Gasstroms, verändert der Körper selbsttätig seine Stellung und erhöht bzw. erniedrigt dadurch den Strömungswiderstand der Öffnung.

Die Erfindung macht sich die Gesetzmäßigkeit der Bernoullischen Druckgleichung zu eigen, nach der für strömende Fluide die Summe aus dem statischen, dem kinetischen und dem geodätischen Druck konstant ist. Mit anderen Worten besagt diese Druckgleichung, daß wenn eine dieser drei Größen zunimmt, die anderen entsprechend abnehmen.

Bezogen auf die Erfindung kann man den geodätischen Druck außer Betracht lassen, weil dieser konstant ist, so daß der erläuterte Zusammenhang entsprechend für den kinetischen und den statischen Druck gilt. Nimmt also der kinetische Druck zu, so nimmt der statische Druck ab. Wenn sich in der Nähe des im Bereich der Öffnung angeordneten Körpers ein statischer Druck ausbilden kann, der nicht sofort durch den Umgebungsdruck ausgeglichen wird, gilt für diesen Bereich die Bernoullische Druckgleichung.

Der im Bereich der Öffnung angeordnete bewegliche Körper wird von einem Gasstrom angeströmt. Wenn die Strömungsgeschwindig keiten auf gegenüberliegenden Seiten des Körpers verschieden groß sind, entsteht aufgrund der Gesetzmäßigkeit der Bernoullischen Druckgleichung an dem angeströmten Körper ein Druckunterschied. Auf der Seite mit der höheren Strömungsgeschwindigkeit (höherer kinetischer Druck) nimmt der statische Druck ab und es entsteht ein Unterdruck. Auf der anderen Seite des umströmten Körpers nimmt der statische Druck zu und es entsteht ein Überdruck. Durch diesen Druckunterschied wird der Körper in Richtung des Unterdrucks gedrückt beziehungsweise gezogen. Damit verändert er seine Position in Bezug auf die Öffnung und gleichzeitig den Strömungswiderstand der Öffnung. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit des Gases, desto stärker ist die Auslenkung des Körpers, da die Druckdifferenz zwischen Unterdruck und Überdruck mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit größer wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Gemäß einer Ausführungsform stellt die Öffnung eine Abströmöffnung eines Gassacks dar. Wird die Abströmöffnung eines Airbags mit einer solchen Sicherheitsvorrichtung versehen, so ergeben sich folgende Regelungsabläufe. Wird der Gassack stark beansprucht, beispielsweise bei einem schweren Unfall oder durch ein hohes Gewicht eines Fahrzeuginsassen, so entsteht in dem Gassack ein hoher Druck, der eine hohe Strömungsgeschwindigkeit an der Abströmöffnung zur Folge hat. Die hohe Strömungsgeschwindigkeit bewirkt aufgrund der Gesetzmäßigkeit der Bernoullischen Druckgleichung eine starke Auslenkung des im Bereich der Abströmöffnung angeordneten beweglichen Körpers. Dadurch erhöht sich die der Strömung entgegengestellte Fläche des Körpers und somit der Strömungswiderstand der Abströmöffnung, so daß weniger Gas austreten kann und der Airbag hart bleibt. Dies ist in den geschilderten Lastfällen von Vorteil, weil ein harter Gassack mehr Energie absorbieren kann.

Wird der Gassack nicht so stark beansprucht, beispielsweise bei einem leichten Unfall oder durch ein leichtes Gewicht eines Fahrzeuginsassen, so entsteht in dem Gassack ein geringerer Druck. Dieser hat eine nicht so hohe Strömungsgeschwindigkeit zur Folge. Der Strömungswiderstand wird sich bei diesen Lastfällen nicht so stark erhöhen, so daß mehr Gas austreten kann, als bei den zuvor geschilderten Lastfällen und der Airbag sich weicher verhält. Das ist bei den geschilderten Lastfällen von Vorteil, weil es nicht notwendig ist so viel Energie zu absorbieren und ein zu harter Airbag den Insassen unnötig stark belasten würde.

Es ist aber auch denkbar, die Sicherheitsvorrichtung im Bereich einer Zuströmöffnung eines Gassacks anzuordnen, so daß sich der Strömungswiderstand in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des durch die Zuströmöffnung strömenden Gasstroms einstellt.

Da für die Auslenkung des Körpers eine im wesentlichen laminare Gasströmung benötigt wird, kann sich an die Ab- oder Zuströmöffnung ein Kanal anschließen. Dadurch wird der Anteil an laminarer Strömung zumindest in einem Teilbereich des Kanals erhöht. In diesem Teilbereich kann dann der Körper angeordnet werden. Durch den Kanal erfolgt der Gasausstoß nicht vollständig unkontrolliert und die Auslenkung des Körpers bei laminarer Strömung kann leichter vorausberechnet werden als bei turbulenter Strömung.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Körper schwenkbar angeordnet. Eine schwenkbare Lagerung stellt eine einfache und kostengünstige Lagerung eines Körpers dar, die zudem den Vor teil mit sich bringt, daß eine Veränderung der Position des Körpers selbständig erfolgen kann.

Alternativ ist es denkbar, den Körper biegeschlaff auszuführen, wie beispielsweise eine Kunststoffolie oder einen Faden. Durch den aufgrund der Bernoulligleichung entstehenden Druckunterschied an den gegenüberliegenden Seiten des Körpers wird der biegeschlaffe Körper ausgelenkt. Wird der Körper zu stark ausgelenkt, reißt die Strömung an dem Körper ab und der Körper fällt aufgrund der Schwerkraft nach unten. Durch die ständige Wiederholung dieser Bewegung fängt der Körper an zu flattern. Das Flattern des Körpers erhöht den Strömungswiderstand der Öffnung. Es ist auch denkbar mehrere solcher Körper im Bereich der Öffnung anzuordnen.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Schwenkachse quer, beispielsweise senkrecht, zum Gasstrom ausgerichtet. Dadurch wird der Körper bei geringen Strömungsverlusten maximal ausgelenkt.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Körper in seiner Schwenkbewegung federbelastet. Hierdurch kann die Positionsänderung des Körpers in der Öffnung auf einfache Weise an die geforderten Bedingungen der verschiedenen Lastfälle – schwerer oder leichter Unfall beziehungsweise schwerer oder leichter Fahrzeuginsasse – angepaßt werden. Desweiteren ermöglicht die Federbelastung auch eine Rückstellung des Körpers bei einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Körper im Bereich der Öffnung so angeordnet, daß die Schwenkachse an dem der Gasströmung zugewandten Ende des Körpers angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird der Körper, sobald er zu weit ausgelenkt worden ist, durch die sich daraus ergebende veränder te Strömungsgeschwindigkeitsdifferenz entlang seiner Seiten zurückgelenkt bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Dieses System reguliert sich selbst.

Andererseits ist es auch denkbar, die Schwenkachse des Körpers an dem der Gasströmung abgewandten Ende des Körpers anzuordnen. Bei dieser Anordnung muß die Auslenkung des Körpers durch einen Anschlag begrenzt sein. Der Körper würde sich sonst aufgrund der Gasströmung um die Schwenkachse drehen und die Schwenkachse befände sich wieder an dem der Gasströmung zugewandten Ende. Der Körper wird aufgrund der Gasströmung ausgelenkt. Ist die Geschwindigkeitsdifferenz der Gasströmung auf den gegenüberliegenden Seiten des Körpers groß genug, wird der Körper bis zu dem Anschlag ausgelenkt. Da der Gasstrom den Körper durch den Anschlag nicht bis zu einer Stellung auslenken kann, in der der Körper aufgrund der Strömungsgeschwindigkeitsdifferenz zurückgelenkt werden würde, wird eine Selbstregulierung verhindert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Körper von dem Gasstrom umströmte Flächen unterschiedlicher Länge auf. Durch die unterschiedlichen Längen ergeben sich unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten auf verschiedenen Seiten des Körpers. Der Geschwindigkeitsunterschied bewirkt aufgrund der Gesetzmäßigkeit von Bernoulli einen Überdruck auf der Seite mit der niedrigeren Geschwindigkeit und einen Unterdruck auf der Seite mit der höheren Geschwindigkeit und somit eine Positionsänderung des Körpers in Richtung des Unterdrucks. Es ist aber auch denkbar, die Geschwindigkeitsdifferenz an dem angeströmten Körper durch einseitiges Anströmen des Körpers zu erreichen. Beispielsweise kann der Körper im Randbereich der Öffnung angeordnet sein. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases geht auf der nicht angeströmten Seite des Körpers gegen Null. Dadurch entsteht ebenfalls ein Druckunterschied, der zu einer Auslenkung des Körpers führt.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Körper in der Schnittebene, welche in Richtung des Gasstroms weist, ein tragflügelförmiges Profil auf. Das tragflügelförmige Profil ist so geformt, daß die Umströmungsgeschwindigkeit des Gasstroms auf einer Seite größer ist als auf der gegenüberliegenden Seite. Durch den hierdurch entstehenden Druckunterschied wirkt eine Kraft auf den Körper, die zu einer gezielten Positionsänderung des Körpers führt und den Strömungswiderstand der Öffnung erhöht.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine Abströmöffnung einer Sicherheitsvorrichtung bei langsamer Gasströmung;
2 einen schematischen Querschnitt durch eine Abströmöffnung einer Sicherheitsvorrichtung bei schneller Gasströmung;
In den 1a und 1b ist ein mit Gas gefüllter Gassack 1 im Querschnitt dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist ein ebenfalls zu der Sicherheitsvorrichtung gehörender Gasgenerator nicht dargestellt. Der Gassack 1 weist eine Öffnung 2 auf. Die Öffnung 2 weist einen Strömungsquerschnitt a auf. Vor der Öffnung 2 ist ein Körper 3 angeordnet, der von einem Gasstrom, der mit Pfeilen dargestellt ist, angeströmt wird. Der Körper 3 weist ein tragflügelförmiges Profil auf, d.h. eine Seite des Körpers weist eine Krümmung auf und die ihr gegenüberliegende Seite verläuft linear. Dadurch ergeben sich auf den beiden Seiten des Körpers 3 zwei unterschiedlich lange Konturen.
In 1 ist der Körper bei einer langsamen Gasströmung in einem nicht ausgelenkten Zustand dargestellt. In 2 ist der Körper 3 bei einer schnellen Strömung in einem ausgelenkten Zustand dargestellt.
Aus dieser Anordnung ergeben sich folgende Regelungsabläufe: Wenn die Gasströmung, welche aus der Öffnung 2 herausströmt, langsam ist, ist der Körper 3 nicht ausgelenkt, da der Druckunterschied auf den gegenüberliegenden Seiten des Körpers 3 zu gering ist. Der Strömungswiderstand der Öffnung 2 ist in dieser Anordnung minimal, da der Körper 3 dem Öffnungsquerschnitt einen minimalen Widerstand entgegensetzt. Dadurch kann viel Gas entweichen.
Je schneller die Gasströmung aus der Öffnung 2 herausströmt, desto mehr wird der Körper 3 aufgrund der Gesetzmäßigkeit der Bernoullischen Druckgleichung ausgelenkt und desto größer wird der Strömungswiderstand der Öffnung 2, weil der Körper 3 dem Öffnungsquerschnitt einen größeren Widerstand entgegensetzt. Dadurch kann wenig Gas entweichen.
Im folgenden wird nun die Wirkungsweise des in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Wird der Körper 3 von einem Gasstrom angeströmt, so ergibt sich im Bereich der gekrümmten Seite entsprechend der Krümmung des Körpers 3 eine höhere Strömungsgeschwindigkeit als auf der nicht gekrümmten Seite, da die Gasteilchen des Gasstroms in der gleichen Zeit unterschiedliche Längen zurückle gen müssen. Die höhere Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms führt entsprechend dem so genannten Bernoulli-Effekt zu einem geringeren Druck unterhalb des Körpers 3. Da der Körper 3 an einem Punkt P, welcher auf der vom Gasstrom angeströmten Seite des Körpers 3 angeordnet ist, quer zur Gasstromrichtung schwenkbar gelagert ist, wird der Körper 3 in Richtung des geringeren Drucks ausgelenkt. Der ausgelenkte Körper 3 setzt dem Öffnungsquerschnitt einen höheren Strömungswiderstand entgegen. Dadurch kann weniger Gas durch die Öffnung 2 strömen. Je höher die Geschwindigkeit des Gasstroms ist, desto größer ist der Druckunterschied auf den gegenüberliegenden Seiten des Körpers 3 und somit auch die Auslenkung des Körpers 3 und desto weniger Gas strömt aus der Öffnung 2. Bei einer geringen Geschwindigkeit des Gasstroms wird der Körper 3 gar nicht ausgelenkt und der Strömungswiderstand ist minimal.

Claims

Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gasgenerator, einem im Falle eines Unfalls durch den Gasgenerator zu befüllenden Gassack (1) und mindestens einer Öffnung (2), deren Strömungswiderstand variabel ist und sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des durch die Öffnung (2) strömenden Gasstroms selbständig einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Strömungswiderstands durch einen im Bereich der Öffnung (2) beweglich angeordneten Körper (3) erfolgt.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (2) eine Abströmöffnung im Gassack (1) darstellt.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3) schwenkbar angeordnet ist.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (P) des Körpers (3) quer zum Gasstrom ausgerichtet ist.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3) federbelastet ist.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3) so im Bereich der Öffnung (2) angeordnet ist, daß die Schwenkachse (P) auf dem dem Gassack (1) zugewandten Ende des Körpers (3) angeordnet ist.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3) von dem Gasstrom umströmte Flächen unterschiedlicher Länge aufweist.
Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3) ein tragflügelförmiges Profil aufweist.