DE102004034564A1 - Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gasgenerator und einem im Falle eines Unfalls durch den Gasgenerator zu befüllenden Gassack (10), dem mindestens eine Zu- oder Abströmöffnung (11) zugeordnet ist, aus der ein Gasstrom in eine Austrittsrichtung (25, 25', 25'') austritt, wobei die Austrittsrichtung (25, 25', 25'') gegenüber einer Hauptabströmungsrichtung (24) durch ein Umlenkmittel um einen Winkel umlenkbar ist. Das Umlenkmittel kann durch eine Krümmung eines zwischen dem Gassack (10) und der Zu- oder Abströmöffnung (11) angeordneten Strömungskanals gebildet sein, oder es kann als Umlenkmittel eine Prallplatte vorgesehen sein. Zur Verbesserung der Wirkungsweise der Sicherheitsvorrichtung ist die Austrittsrichtung (25, 25', 25'') gegenüber der Hauptabströmungsrichtung (24) im Strömungskanal (12) um einen Winkel von mindestens 30 DEG umlenkbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind Sicherheitsvorrichtungen bekannt, die einen Gasgenerator und einen damit verbundenen Gassack aufweisen, wobei am Gassack eine Zu- oder Abströmöffnung mit variabler Größe angeordnet ist. Im Falle eines Unfalls wird der Gassack durch den Gasgenerator explosionsartig befällt. Der Innendruck des Gassacks wird dann über die Zu- oder Abströmöffnung so gesteuert, so dass bei einem hohen Innendruck, beispielsweise bei einer starken Belastung des Gassacks, viel Gas entweicht, und bei einer weniger starken Belastung weniger Gas abströmt. Für einen optimalen Schutz der Fahrzeuginsassen ist es jedoch von Vorteil, wenn bei einer stärkeren Kollision und somit bei einer stärkeren Belastung des Gassacks der Innendruck größer und somit der Gassack härter bleibt, und umgekehrt bei einem geringfügigeren Aufprall mit einer geringeren Belastung der Gassack weicher ist, um vor Verletzungen zu schützen. Das gleiche gilt für unterschiedliche Lastfälle aufgrund von unterschiedlich schweren Fahrzeuginsassen. Bei einem so genannten „50%"-Mann sollte der Gassack härter abgestimmt sein als bei leichtgewichtigeren Fahrzeuginsassen, wie beispielsweise bei einer so genannten „5%"-Frau.
  • Zur Steuerung des Strömungswiderstands und somit der Menge des ausströmenden Gases sind Vorrichtungen bekannt, bei welchen über ein elektronisch bzw. elektrisch gesteuertes Ventil eine stufenlose Befüllung und Entlüftung des Airbags erfolgt. Derartige Vorrichtungen sind jedoch sehr teuer. Außerdem eignet sich diese technische Lösung nicht für sehr kurze, im Millisekunden-Bereich liegende Zeitintervalle, die gerade im vorliegenden Bereich der Sicherheitstechnik relevant sind.
  • In der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 11 566 A1 ist eine Sicherheitsvorrichtung mit einem Gassack und mindestens einer Zu- oder Abströmöffnung offenbart, die zumindest bereichsweise kanalförmig ausgebildet ist und druckabhängig einen variablen Strömungsquerschnitt aufweist, der sich in diesem Teilbereich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des austretenden Gasstroms selbsttätig einstellt. Je nach Lastfall kann dadurch das aus der Zu- oder Abströmöffnung austretende Gasvolumen bestimmt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, deren Wirkungsweise verbessert ist, und die gleichzeitig kostengünstig ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Austrittsrichtung eines aus einer Zu- oder Abströmöffnung austretenden Gasstroms gegenüber einer Hauptabströmungsrichtung des Gasstroms durch ein Umlenkmittel umlenkbar, vorzugsweise um einen Winkel von mindestens 30°, insbesondere um etwa 90°. Der Strömungswiderstand ist dabei durch das Rückstromprinzip be einflussbar. Das Umlenkmittel kann sich innerhalb eines Strömungskanals mit Begrenzungswänden befinden oder auch außerhalb eines Strömungskanals in einem Bereich, der die Strömung beeinflusst. Die Umlenkung des Gasstroms erfolgt vorzugsweise beim Ausströmen, d.h. beim Entleeren des Gassacks, ebenso kann auch das Befüllen des Gassacks zusätzlich oder alternativ durch ein Umlenkmittel günstig beeinflusst werden.
  • Das Umlenkmittel kann in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung durch eine Krümmung eines Strömungskanals gebildet sein, der zwischen dem Gassack und der Zu- oder Abströmöffnung angeordnet ist. Der Strömungskanal besteht dabei vorzugsweise aus einem elastischen Material und ist beispielsweise ab einem definierten Abknickbereich entlang seiner Längserstreckung bis zur Zu- oder Abströmöffnung gekrümmt bzw. abgeknickt. Der Abknickbereich kann dabei beispielsweise durch eine Schwach- oder Sollknickstelle vorgegeben sein. Vorzugsweise ist dann der Mündungsquerschnitt der Zu- oder Abströmöffnung in etwa parallel zur Hauptabströmungsrichtung angeordnet, und der aus dem Strömungskanal austretende Gasstrom wird dadurch umgelenkt. Je größer die Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Gasstroms ist, umso stärker wirkt die Rückstoßkraft des umgelenkten Gasstroms. Der Strömungswiderstand wird somit durch das Rückstoßprinzip beeinflusst, vergleichbar mit der Funktion einer Rasensprenkleranlage. Der Strömungskanal wird durch die Rückstoß-Wirkung in Gegenrichtung umgebogen, vorzugsweise an dem vordefinierten Abknickbereich. Dieses Prinzip ist vergleichbar mit einem abgeknickten Gartenschlauch, bei dem kein Wasser austritt, weil sich das Wasser vor dem abgeknickten Teil aufstaut. Die Größe der auf den Strömungskanal einwirkenden Rückstoßkraft beeinflusst dabei vorteilhafterweise dessen Strömungsquerschnitt. Bei einer hohen Strömungsgeschwindigkeit wird der Rückstoßeffekt erhöht, die Krümmung des Strömungskanals verstärkt, und der Strömungsquerschnitt verengt. Dadurch kann bei einer Abströmöffnung weniger Gas austreten, wodurch der Airbag länger hart bleibt, was bei einem starken Aufprall vorteilhaft ist. Bei einer Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit durch einen weniger heftigen Lastfall bleibt nach dem oben geschilderten Mechanismus umgekehrt der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals weiter, wodurch mehr Gas entweichen kann. Der Airbag kann dabei schneller nachgeben, was vor Verletzungen schützt. Außerdem sind die Anwendungen der bekannten Sicherheitsvorrichtungen erweitert und vorteilhaft kombinierbar.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung können Seitenwände des Abströmkanals wenigstens bereichsweise gasdurchlässig sein; sie können beispielsweise eine Perforation aufweisen. Über die Stärke der Perforation kann die Menge des abströmenden Gases eingestellt und das gesamte System abgestimmt werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann die Strömung des aus der Zu- oder Abströmöffnung austretenden Gasstroms durch eine in Hauptabströmungsrichtung nach außen versetzt angeordnete Prallplatte umlenkbar sein. Die Prallplatte befindet sich dann außerhalb des Abströmkanals. Je nach Heftigkeit des Lastfalls kann sich die Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Gasstroms erhöhen bzw. verringern, wodurch die auf die Prallplatte wirkende Rückstoßkraft beeinflusst wird. Diese wiederum kann die Stärke der Umlenkung bzw. der Krümmung des Strömungskanals beeinflussen, wodurch auch der Strömungsquerschnitt im Abknickbereich und somit das austretende Gasvolumen bestimmt wird. Es ist dabei von Vorteil, dass das Erfindungsprinzip nicht von komplizierten Strömungseffekten abhängig ist, wodurch eine einfachere Abstimmung ermöglicht wird. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung eine Feinabstimmung auf unterschiedliche Randbedingungen ermöglicht, beispielsweise auf unterschiedliche Belastungsfälle bzw. ein unterschiedliches Körpergewicht der zu schützenden Fahrzeuginsassen.
  • Eine Beeinflussung der Austrittsrichtung kann durch eine andere Gestaltung der kraftumlenkenden Mittel erfolgen, beispielsweise in Form einer Prallplatte, die erst ab einer bestimmten Krafteinwirkung nachgibt. Dies ist beispielsweise bei einer so genannten „Out-of-Position"-Stellung vorteilhaft, bei welcher ein Fahrzeuginsasse auf eine untypische Stelle des Airbags aufprallt. Es entsteht dabei weniger Druck, und der Gasstrom entweicht mit einer geringeren Geschwindigkeit, wodurch auch die Rückstoßkraft auf die Prallplatte reduziert wird und der ausströmende Volumenstrom erhöht wird. Der Airbag kann bei dieser Konstellation schneller nachgeben und schützt vor Verletzungen. Eine solche Prallplatte kann einzeln oder in Kombination mit einem gekrümmten Strömungskanal eingesetzt werden.
  • Durch die Größe der auf die Prallplatte wirkenden Rückstoßkraft können auch weitere Absperrmechanismen wie beispielsweise Schieber oder Hebel bewegt werden, mit welchen der Strömungsquerschnitt beeinflusst werden kann. Hierdurch kann eine weitere Feinabstimmung erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Austrittsrichtung des aus der Zu- oder Abströmöffnung austretenden Gasstroms durch Verwindung des Strömungskanals umlenkbar. Es können dabei mehrere Zu- oder Abströmöffnungen auf einem Kreis entlang des Umfangs des Strömungskanals, bevorzugt mit gleichem Abstand voneinander, angeordnet sein, die ein gerichtetes Umlenken des austretenden Gasstroms in etwa senkrecht zur Längserstreckung des Strömungskanals bewirken. Es kann auch nur eine Zu- oder Abströmöffnung vorgesehen sein.
  • Durch den aus den Zu- oder Abströmöffnungen austretenden Gasstrom entsteht vorteilhafterweise eine Rückstoßkraft, die gegen die Austrittsrichtung des austretenden Gasstroms wirkt und eine Verwindung des Strömungskanals ab einer vordefinierten Stelle bewirken kann. Der Strömungskanal kann so ausgebildet sein, dass dieser bereits in sich verwunden ist, bevor der Gasstrom austritt, und diese vorgegebene Verwindung durch das Ausströmen verstärkt wird. Das Gas kann dadurch besser geführt werden.
  • Um die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung optimal auf den jeweiligen Anwendungsfall auszulegen, können bei allen Ausführungsbeispielen auf den Innenflächen des Strömungskanals verschiedene Beschichtungen bzw. Oberflächenstrukturen vorgesehen sein. Denkbar sind auch eine Haifischhaut-Struktur, eine Golfball-Oberfläche, starke Gewebestrukturen und/oder die schon erwähnten Perforationen. Diese müssen genau ausgelegt werden, um die Strömung für den Lastfall zu optimieren. Des Weiteren kann eine Kombination mit weiteren strömungstechnischen Optimierungsmöglichkeiten, wie beispielsweise mit Leitelementen innerhalb und/oder außerhalb des Strömungskanals und dergleichen erfolgen.
  • Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch eine erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung mit einer optimierten Zu- oder Abströmöffnung;
  • 2 eine Sicherheitsvorrichtung gemäß 1, bei der der Strömungskanal perforiert ist;
  • 3a eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung und
  • 3b eine Draufsicht auf die Stirnseite des Strömungskanals.
  • 4 schematisch eine alternative Ausführungsform einer Sicherheitsvorrichtung mit einer Prallplatte, durch die ein Schieber bewegt werden kann.
  • In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen gleich bleibende Elemente mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
  • In 1 ist eine erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung dargestellt mit einem Gassack 10. Ein ebenfalls zu der Sicherheitsvorrichtung gehörender Gasgenerator, durch den der Gassack im Falle eines Unfalls befällt wird, ist nicht dargestellt. Dem Gassack 10 ist ein in seiner Hülle angeordnetes Ausgleichsloch 18 und eine als Abströmöffnung ausgebildete Zu- oder Abströmöffnung 11 zugeordnet. Zwischen dem Gassack 10 und der Zu- oder Abströmöffnung 11 ist ein Strömungskanal 12 ausgebildet, der in Hauptabströmungsrichtung 24 im Bereich der Zu- oder Abströmöffnung 11 gekrümmt ist und in einem Abknickbereich 17 abknicken kann. Der Abknickbereich 17 kann mit einer Sollknickstelle versehen sein.
  • Der in eine Austrittsrichtung 25 aus der Zu- oder Abströmöffnung 11 austretende Gasstrom ist aufgrund dieser Krümmung um einen Winkel von ca. 90° zur Längserstreckung des Strömungskanals 12 umlenkbar. Der Mündungsquerschnitt der Zu- oder Abströmöffnung 11 ist dabei in etwa parallel zur Hauptabströ mungsrichtung 24 angeordnet. Je nach der Geschwindigkeit des aus der Zu- oder Abströmöffnung 11 austretenden Gasstroms wirkt eine Rückstoßkraft auf den Strömungskanal 12 im Krümmungsbereich, was zur Folge hat, dass dieser gegen die Austrittsrichtung 25 entlang einer Umlenkrichtung 26 umgelenkt wird und dabei im Abknickbereich 17 einen Knick bildet. Durch diesen Knick verengt sich der Strömungsquerschnitt 19 des Strömungskanals 12. Je größer die Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Gasstroms ist, umso stärker wird der Strömungskanal 12 in die Umlenkungsrichtung 26 umgelenkt, und umso mehr verengt sich der Strömungsquerschnitt 19. Nach dem Prinzip eines abgeknickten Gartenschlauchs kann durch den engen Strömungsquerschnitt weniger Gas entweichen, und der Airbag bleibt länger hart. Umgekehrt tritt bei einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit eine weniger starke Verengung des Strömungsquerschnitts 19 des Strömungskanals 12 ein, und es kann mehr Gas entweichen, wodurch der Airbag schneller weich wird, was vor Verletzungen bei einem weniger starken Aufprall schützt.
  • Zur Erzeugung und/oder Verstärkung dieses Rückstoßeffekts kann eine parallel zum Mündungsquerschnitt der Zu- oder Abströmöffnung 11 und in Austrittsrichtung 25 nach außen versetzt angeordnete Prallplatte angeordnet sein, die in der 1 nicht dargestellt ist.
  • Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem der 1 dadurch, dass in dem Strömungskanal 12 mehrere Perforierungen 27 eingebracht sind. Aus Gründen der Einfachheit sind nur einige der Perforierungen 27 mit Bezugszeichen versehen. Je nach Anzahl und Größe der Perforierungen 27 kann eine Feinabstimmung des Gesamtsystems erfolgen. Gleich oder im Wesentlichen gleich bleibende Elemente werden in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen beziffert.
  • In 3a ist der Strömungskanal 12 in einem Teilabschnitt 20 in Hauptabströmungsrichtung 24 in sich verwunden. Es bilden sich dadurch an der Oberfläche des Strömungskanals 12 Verwindungen 23, die an der inneren Oberfläche die Form von Einschnürungen ausbilden, die in der 3 nicht erkennbar sind. Durch diese Einschnürungen wird in die Austrittsrichtungen 25, 25', 25'' ein gerichtetes Umlenken des austretenden Gasstroms in einem Winkel von ca. 90° zur Längserstreckung des Strömungskanals 12 bewirkt. An dem dem Gassack 10 abgewandten Ende des Strömungskanals 12 sind drei Zu- oder Abströmöffnungen 11, 21, 22 vorgesehen, die entlang des Umfangs des Strömungskanals 12 mit gleichem Abstand voneinander angeordnet sind.
  • Eine Draufsicht auf die Stirnseite des dem Gassack 10 abgewandten Endes des Strömungskanals 12 ist in 3b illustriert, wo die genaue Anordnung der drei Zu- oder Abströmöffnungen 11, 21, 22 mit dem in die Austrittsrichtungen 25, 25', 25'' austretenden Gasstrom erkennbar ist. Je nach der Geschwindigkeit des austretenden Gasstroms wird aufgrund des Rückstoßeffekts eine Drehung des Strömungskanals 12 um seine Achse in eine Gegenrichtung 26 bewirkt, wodurch die Verwindung verstärkt wird und der Strömungsquerschnitt je nach der Strömungsgeschwindigkeit stärker bzw. weniger stark verkleinert wird. Dadurch wird die Strömung je nach Lastfall optimiert.
  • 4 zeigt schematisch eine alternative Ausführungsform einer Sicherheitsvorrichtung mit einer Prallplatte 13, die in Richtung des aus einer als Abströmöffnung ausgebildeten Zu- oder Abströmöffnung 11 austretenden Luftstroms beabstandet nach außen versetzt angeordnet ist. Die Prallplatte 13 ist über eine Gelenkverbindung 28 mit einem Schieber 29 verbunden, wobei die Gelenkverbindung 28 um eine senkrecht zur Bildebene angeordnete Achse drehbar gelagert ist. Mit der Gelenkverbindung 28 stehen unbeweglich zwei Schenkel 30, 31 in Verbindung, wobei der Schenkel 30 die Verbindung zur Prallplatte 13 herstellt, und der der Schenkel 31 die Verbindung zum Schieber 29. Die Prallplatte 13 ist in Ruhestellung in einem Winkel, beispielsweise etwa 30°, zum Mündungsquerschnitt der Zu- oder Abströmöffnung 11 und beabstandet von dieser angeordnet, und der Schieber 29 befindet sich in Ruhestellung seitlich versetzt und beabstandet zur Zu- oder Abströmöffnung 11. Je nach der Geschwindigkeit des aus der Zu- oder Abströmöffnung 11 austretenden Gasstroms wird die Prallplatte 13 in eine mit einem Pfeil gekennzeichnete Richtung bewegt. Dadurch wird die Prallplatte 13 in diese Richtung gedreht, was gleichzeitig ein Versetzen der um die Gelenkverbindung 28 drehbar gelagerten Schenkel 30, 31 sowie ein Verschieben des Schiebers 29 in Richtung zur Austrittsöffnung 21 bewirkt. Die neue Stellung nach der Drehung ist in 4 mit strichlierten Linien gekennzeichnet. Der Schieber 29 wird bei der neuen Stellung in einem gewissen Abstand über die Austrittsöffnung 21 geschoben, wodurch der Strömungsquerschnitt beeinflusst wird. Hierdurch kann eine weitere Feinabstimmung des Gesamtsystems erfolgen.

Claims (14)

  1. Sicherheitsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gasgenerator und einem im Falle eines Unfalls durch den Gasgenerator zu befüllenden Gassack (10), dem mindestens eine Zu- oder Abströmöffnung (11) zugeordnet ist, aus der ein Gasstrom in eine Austrittsrichtung (25, 25', 25'') austritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsrichtung (25, 25', 25'') gegenüber einer Hauptabströmungsrichtung (24) durch ein Umlenkmittel umlenkbar ist.
  2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsrichtung (25, 25', 25'') gegenüber der Hauptabströmungsrichtung (24) durch das Umlenkmittel um einen Winkel von mindestens 30° umlenkbar ist.
  3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkmittel durch eine Krümmung eines zwischen dem Gassack (10) und der Zu- oder Abströmöffnung (11) angeordneten Strömungskanals (12) gebildet ist.
  4. Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkmittel eine Prallplatte ist.
  5. Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mündungsquerschnitt der Zu- oder Abströmöffnung (11) in etwa parallel zur Hauptabströmungsrichtung (24) angeordnet ist.
  6. Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsrichtung (25, 25', 25'') des aus der Zu- oder Abströmöffnung (11) austretenden Gasstroms durch eine in Hauptabströmungsrichtung (24) nach außen versetzt angeordnete Prallplatte (13) umlenkbar ist.
  7. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (13) über eine drehbar gelagerte Gelenkverbindung (28) mit einem Schieber (29) verbunden ist.
  8. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (13) durch den austretenden Gasstrom bewegbar ist, wodurch der Schieber (29) je nach der Geschwindigkeit des austretenden Gasstroms ganz oder teilweise über die Zu- oder Abströmöffnung (11) bewegbar ist.
  9. Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsrichtung (25, 25', 25'') des aus der Zu- oder Abströmöffnung (11) austretenden Gasstroms durch Verwindung des Strömungskanals (12) umlenkbar ist.
  10. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verwindungen (23) des Strömungskanals (12) an dessen Innenseite Einschnürungen ausbildbar sind, die ein gerichtetes Umlenken des austretenden Gasstroms in etwa senkrecht zur Längserstreckung des Strömungskanals (12) bewirken.
  11. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zu- oder Abströmöffnungen (11, 21, 22) auf einem Kreis entlang des Umfangs des Strömungskanals (12) angeordnet sind.
  12. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- oder Abströmöffnungen (11, 21, 22) mit gleichem Abstand voneinander angeordnet sind.
  13. Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Seitenwände (15, 16) des Strömungskanals (12) perforiert sind.
  14. Sicherheitsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (12) aus einem elastischen Material gebildet ist.
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