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Die
Erfindung betrifft eine Gassack-Einrichtung nach Anspruch 1.
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Viele
Gassackmodule weisen ein Abdeckelement auf, welches aus Richtung
der Insassen des Fahrzeuges sichtbar ist. Dies ist insbesondere
bei Frontgassackmodulen für
den Fahrer und den Beifahrer der Fall. Im Fall eines Fahrergassackmodules ist
das genannte Abdeckelement meist der Nabenbereich des Lenkrades.
Häufig
gibt es hierbei einen umlaufende Spalt oder mehrere voneinander
getrennte Spalte, welche das Abdeckelement des Gassackmodules von
der umliegenden Oberfläche
des Fahrzeuges – bei
einem Fahrer-Gassackmodul insbesondere die Oberflächen der
Speichen des Lenkrades – abtrennt.
Das Abdeckelement kann am Gehäuse
des Gassackmodules oder an einem fahzeugfesten Bauelement befestigt
sein. Im Falle eines Fahrer-Gassackmodules ist es häufig so,
dass das Abdeckelement in axialer Richtung – bezogen auf die Lenksäule – gegen
den Lenkradkörper
niederdrückbar
ist, um einen Hupenschalter schließen zu können.
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Es
ist erwünscht,
dass das Spaltmaß zwischen
Abdeckelement und umgebender Oberfläche möglichst klein und möglichst
gleichmäßig ist.
Hierzu ist es bekannt, Positionierungselemente zwischen einem Bauteil
des Gassackmoduls und einem fahrzeugfesten Bauteil vorzusehen. Diese
Positionierungselemente können
insbesondere in Zapfen und dazu passenden Löchern bestehen. Die axiale
Positionierung des Abdeckelementes bezüglich des fahrzeugfesten Bauteiles
ist in der Regel unproblematisch und wird von anderen Bauelementen übernommen.
Hierdurch muss durch die Zapfen und passenden Löcher eine Positionierung bezüglich drei
Freiheitsgraden, nämlich
zwei Translationsfreiheitsgraden und einem Rotationsfreiheitsgrad
erreicht werden. Dazu genügen
grundsätzlich
zwei Zapfen und zwei Löcher.
Um unterschiedliche Kontraktionen bzw. Ausdehnungen zwi schen fahrzeugfestem
Bauteil und Abdeckelement des Gassackmoduls aufgrund von Alterungs-,
Umwelt- (insbesondere Temperatur) und Herstellungseinflüssen (insbesondere Schrumpfungsvariationen
bei Kunststoffteilen unterschiedlicher Chargen) ausgleichen zu können, ist
es bekannt, eines der Löcher
als Langloch auszubilden, wie dies in 9 dargestellt
ist:
Die 9 zeigt ein Lenkrad 30 mit
einem Gassackmodul in einer Draufsicht. Das Gassackmodul weist ein
Abdeckelement 16 auf, welches nahezu den gesamten Nabenbereich überdeckt
und direkt oder indirekt mit einem Lenkradkörper (fahrzeugfestes Bauteil)
verbunden ist. Zur Positionierung des Abdeckelementes 16 bezüglich des
Lenkradkörpers
dienen zwei Zapfen 17 und 18. Diese Zapfen 17, 18 sind
beispielsweise als Zylinder ausgeführt und haben einen kreisförmigen Querschnitt.
Der erste Zapfen 17 ist hierbei in einem runden Loch gehalten
und definiert die Lage des Abdeckelementes 16 bezüglich des Lenkradkörpers in
den beiden Translationsfreiheitsgraden, nämlich in den Richtungen X und
Y. Somit muss der zweite Zapfen 18 nur noch ein Freiheitsgrad,
nämlich
den Rotationsfreiheitsgrad definieren, so dass er in einem Langloch 20 gehalten
ist. Zwischen dem Abdeckelement 16 und den Speichen des Lenkradkörpers befinden
sich Spalten S1, S2 und S3.
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Wenn
sich nun das Abdeckelement 16 (oder ein anderes Bauteil
des Gassackmoduls) beispielsweise aufgrund von Temperaturerhöhung ausdehnt (gestrichelt
dargestellt), so kann sich der zweite Zapfen 18 in seinem
Langloch 20 translatorisch, nämlich in Richtung der Längserstreckung
des Langloches 20 (hier: y-Richtung) bewegen, so dass die Ausdehnung des
Abdeckelementes 16 nicht behindert wird. Eine derart verschobene
Position 18' des
zweiten Zapfens ist in 9 gestrichelt eingezeichnet.
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Da
unter dem mittleren Bereich des Abdeckelementes 16 (z-Richtung)
der Gassack positioniert ist, müssen
sich die Zapfen 17, 18 im wesentlichen am Rand
des Abdeckelementes 16 befinden. Dies hat jedoch zur Folge,
dass die obere Kante 16a des Abdeckelementes 16 praktisch
an ihrem Platz bleibt, während
die untere Kante 16b stark verschoben wird, da sich hier
die gesamte Längenänderung
in Y- Richtung auf
die Bewegung der unteren Kante 16b aufsummiert. Man sieht,
dass sich die Position des zweiten Zapfens 18 in dieser
Richtung im wesentlichen doppelt so stark ändert wie die Position des
Mittelpunktes M. Dies hat zur Folge, dass sich die Größe des unteren
Spaltes S3 stärker ändert als
die Größe der seitlichen
Spalte S1, S2. Die Änderungen
der Spaltgrößen ΔS1, ΔS2, ΔS3 sind in 9 ebenso eingezeichnet,
wie die Lageänderung
des Mittelpunktes des (M, M')
des Abdeckelementes 16.
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Aus
der
US 6,422,594 B2 ist
es bekannt, zur Positionierung eines Abdeckelementes drei Zapfen und
drei Langlöcher
vorzusehen und die Zapfen derart konisch zu formen, dass sie nach
oben hin breiter werden, so dass diese keine definierte Breite in
Bezug auf die Breite der Langlöcher
haben. Es ist eine spezielle Geometrie vorgesehen, nämlich dahingehend,
dass die geometrischen Längsachse
eines Langloches die Verbindungslinien der Mittelpunkte der jeweils
beiden anderen Langlöcher
im rechten Winkel schneidet. Hierdurch soll erreicht werden, dass
das mittels Federn am Lenkradkörper
gehaltene Abdeckelement entlang von drei Achsen gekippt werden kann,
wodurch die Betätigbarkeit
der Hupenschalter verbessert werden soll. Zur Kompensation einer
Ausdehnung des Abdeckelementes (oder eines anderen Bauteils des
Gassackmoduls) ist die hier beschriebene Geometrie ungeeignet.
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Hiervon
ausgehend stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine
Gassack-Einrichtung für
ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei der trotz eventueller Ausdehnung
oder Schrumpfung aufgrund von Umwelt-, Alterungs- oder Herstellungseinflüssen ein geringes
und gleichmäßiges Spaltmaß zwischen dem
Abdeckelement des Gassackmoduls und der das Abdeckelement umgebenden
Oberfläche
erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Gassack-Einrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Zur
Positionierung des Gassackmoduls an einem fahrzeugfesten Bauteil – beispielsweise
einem Lenkrad – sind
drei Zapfen und drei Langlöcher
vorhanden, in welche diese Zapfen ragen. Hierbei entspricht die
Breite – bis
auf das notwendige Spiel – der Zapfen
der Lochbreite der Langlöcher.
Die Zapfenlänge
ist geringer als die Lochlänge,
so dass sich die Zapfen entlang der Längsrichtung der Langlöcher bewegen
können.
Somit definiert jedes Zapfen-Langloch-Paar genau einen Freiheitsgrad.
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Durch
diese Maßnahme
ist die Lage des Gassackmoduls bezüglich dem fahrzeugfesten Bauteil
genau definiert und dennoch können
Ausdehnungen/Schrumpfungen ausgeglichen werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
treffen sich die Längsachsen
der Langlöcher
in einem Schnittpunkt, welcher weiter vorzugsweise nahe dem Punkt
liegt, welcher durch die Projektion des geometrischen Mittelpunktes
des positionierten Bauteils in die Ebene der Längsachsen definiert ist, wobei
die Projektionsrichtung senkrecht zur Ebene der Längsachsen
ist. Im allgemeinen besteht das zu positionierende Bauteil des Gassackmoduls
aus einem als solchem isotropen Werkstoff, insbesondere aus einem im
Spritzgussverfahren hergestellten Thermoplasten. Ist die Isotropie
bezüglich
des Bauteils exakt gegeben, ist deshalb davon auszugehen, dass eine
etwaige Ausdehnung oder Schrumpfung ebenfalls isotrop erfolgt, das
heißt,
dass die Längenänderungen
bezüglich
des Schwerpunktes/Mittelpunktes des Bauteiles radialsymmetrisch
erfolgt. Treffen sich nun die Längsachsen
der Langlöcher
zentral-symmetrisch bezüglich
des Bauteils, so erfolgt die daraus resultierende radiale Auslenkung
der Zapfen in ihren Langlöchern
um gleiche Beträge,
was weiterhin dazu führt, dass
sich auch die Spaltbreiten zwischen dem zu positionierenden Bauteil
und der umliegenden Oberfläche
um gleiche Beträge
verändert.
In Praxis ist die Isotropie des Bauteils zumeist jedoch nicht exakt
gegeben, da durch den Spritzgussvorgang eine gewisse Anisotropie
erzeugt wird. Die Art und Weise, wie sich das Bauteil ausdehnt hängt deshalb
auch von der Wahl der Anspritzpunkte ab. Hieraus folgt, dass sich
die Längsachsen
der Langlöcher
in der Praxis nicht genau im Mittelpunkt des Bauteils treffen werden.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich bei der Gassack-Einrichtung
um eine Frontgassack-Einrichtung für den Fahrer eines Kraftfahrzeugs,
wobei ein Gassackmodul in einem Lenkradkörper angeordnet ist. Hierbei
ist es weiter zu bevorzugen, dass die Seitenwände der Langlöcher und/oder
die Zapfen konvex ausgebildet sind. Hierdurch lässt sich erreichen, dass das
Abdeckelement des Gassackmoduls sich zur Betätigung der Hupe verkippen lässt, ohne
dass hierunter die Maßhaltigkeit
der Positionierung zu leiden hätte.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug
auf die Figuren näher
erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 Eine
Draufsicht auf ein Lenkrad,
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2 einen
Schnitt durch das Lenkrad aus 1 entlang
der Achse A2,
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3 die
Geometrie zwischen Langlöchern und
Zapfen des in 1 gezeigten Lenkrades in einer
schematischen Darstellung,
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4 eine
alternative Geometrie,
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5 eine
weitere alternative Geometrie,
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6a ein
in einem Langloch angeordneter Zapfen in einer schematischen Darstellung,
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6b eine
Alternative zum in 6a Gezeigten,
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7 einen
Schnitt entlang der Linie I-I aus 1,
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8a eine
alternative Ausführungsform
zu dem in 7 Gezeigten,
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8b das
in 8a Gezeigte bei Verkippen des Abdeckelementes
und
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9 ein
Lenkrad nach dem Stand der Technik, wie es bereits erläutert wurde.
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Die 1 zeigt
ein Lenkrad in einer Draufsicht, wobei die jeweils aus einem Zapfen
und einem Langloch bestehenden Positionierungselemente dargestellt
sind, obwohl sie in dieser Ansicht nicht sichtbar wären. Die übrigen nicht
sichtbaren Bestandteile wie Gassackgehäuse, Gassack und Gasgenerator sind
der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt. Die 2 zeigt
einen Schnitt durch den Nabenbereich des in 1 gezeigten
Lenkrades entlang der Achse A2.
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Bei
der hier dargestellten Gassack-Einrichtung handelt es sich um eine
Fahrer-Gassack-Einrichtung
mit einem sogenannten "floating
cover". Hierbei
ist das Gehäuse 14,
in welches der Gassack 12 eingefaltet ist, in eine Ausnehmung
im Nabenbereich des Lenkradkörpers
aufgenommen und starr mit dem Lenkradkörper 30 verbunden.
Das Abdeckelement 16 überspannt
das Gehäuse 14 und
einen Teil des Lenkradkörpers
und ist mittels Federn 24 am Lenkradkörper gehalten. Durch Niederdrücken des Abdeckelementes 16 können nicht
dargestellte Hupenschalter betätigt
werden. Zur Positionierung des Abdeckelementes 16 am Lenkradkörper 30 dienen drei
Paare von Zapfen 17, 18, 19 und Langlöchern 20, 21, 22 was
nachfolgend näher
beschrieben wird.
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Es
sei an dieser Stelle ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass die Positionierung eines Bauteiles eines
Gassackmodules mittels drei Paaren von Zapfen und Langlöchern an
einem fahrzeugfesten Bauteil – hier
dem Lenkradkörper,
oder auch einer Hupenplatte – nicht
auf solche floating-cover-Systeme beschränkt ist, sondern insbesondere
auch auf sogenannte floating-module-Konzepte angewendet werden kann,
bei denen das gesamte Gehäuse
axial gegen den Lenkradkörper
niedergedrückt
werden kann. Es sind auch Anwendungsfälle denkbar, bei denen das
zu positionierende Bauteil nicht axial niederdrückbar ist.
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Zur
Positionierung des Abdeckelementes 16 bezüglich des
Lenkradkörpers 30 dienen
drei Paare von Zapfen 17, 18, 19 und
Langlöchern 20, 21, 22.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
erstrecken sich die Zapfen vom Abdeckelement 16 in die
Langlöcher 20,
welche dem Lenkradkörper 30 zugeordnet sind.
Es wäre
grundsätzlich
doch auch möglich,
die Zapfen am Lenkradkörper
anzuordnen und die Langlöcher
im Abdeckelement beziehungsweise im zu positionierenden Bauteil.
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Wie
man den 1 und 2 entnimmt, können die
Zapfen 17, 18, 19 zylindrisch mit einem kreisrunden
Durchmesser sein, so dass die Zapfen durch ihren Durchmesser d charakterisiert
werden können
(Das heißt,
die Länge
und die Breite der Zapfen sind identisch). Dieser Durchmesser d
der Zapfen ist geringfügig
kleiner als die Breite bL der Langlöcher, jedoch
nur so wenig kleiner, dass die Zapfen 18 in den Langlöchern 20 bewegt
werden können.
Die Länge
IL der Langlöcher ist indessen größer als
der Durchmesser d der Zapfen. Hierdurch hat ein Zapfen 18 in
seinem Langloch 20 in der Ebene, welche senkrecht zur Lenksäule steht
(x-y-Ebene), dies
ist in 1 die Zeichenebene, nur genau ein Freiheitsgrad,
nämlich
einen translatorischen Freiheitsgrad entlang der Längsachse
A1, A2, A3 des jeweiligen Langloches 20, 21, 22.
Dies ändert
sich auch nicht bei axialer Bewegung des Abdeckelements 16 oder eines
Teiles desselben in z-Richtung.
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Im
in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Achsen
A1, A3 der beiden Langlöcher 20, 22 deckungsgleich.
Wie man der 1 entnimmt, treffen sich die
Achsen A1, A2, A3 bezogen auf die Zeichenebene im wesentlichen im
Mittelpunkt M des Abdeckelementes 16.
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Die 3 zeigt
die Geometrie der 2, wobei die Zapfen 17, 18, 19 jeweils
in einer Ausgangsposition und in einer ausgedehnten Position 17', 18', 19' dargestellt
sind. Man sieht hier, dass der Schnittpunkt S etwas außerhalb
des exakten Mittelpunktes M des Abdeckelementes 16 liegt,
jedoch nicht weit von diesem entfernt. Man erkennt, dass sich beim Ausdehnen
des Abdeckelementes 16 die Zapfen in den jeweiligen Achsrichtungen
ihrer Langlöcher
verschieben, wobei diese Verschiebungen im wesentlichen jeweils
den gleichen Betrag haben. Stimmt der Schnittpunkt S nicht genau
mit dem Mittelpunkt M überein,
so verschiebt sich der Mittelpunkt M des Abdeckelementes 16 leicht.
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4 zeigt
eine Alternative zum in 3 Gezeigten. Hier sind alle
Längsachsen
A1, A2, A3 der Langlöcher 20, 21, 22 voneinander
verschieden und schneiden sich auch hier in einem Schnittpunkt S,
welcher unmittelbar neben dem Mittelpunkt M des Abdeckelementes 16 liegt.
Die Mittelpunkte der Langlöcher 20 bilden
ein gleichschenkliges Dreieck. Durch diese Anordnung kann erreicht
werden, dass sich der Mittelpunkt M des Abdeckelementes 16 bei Ausdehnen
oder Zusammenziehen desselben überhaupt
nicht verschiebt. Der Versatz zwischen Schnittpunkt S und Mittelpunkt
M ist der nicht vollständigen Isotropie
des Bauteils geschuldet. Würde
man eine solche Geometrie bei einem vollständig isotropen Bauteil wählen, würde sich
bei Expansion oder Kontraktion des Bauteils der Schnittpunkt nicht,
der Mittelpunkt jedoch geringfügig
verschieben.
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Wie
man der 5 entnimmt, kann das dritte Langloch 20'' auch asymmetrisch angeordnet sein.
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In
den bisher dargestellten Ausführungsbeispielen
sind die Zapfen 17, 18, 19 immer einstückige Bauelemente,
wie dies auch in 6a dargestellt ist. Wie die 6b zeigt,
ist dies jedoch nicht zwingend, es können auch zwei Teilzapfen 18a, 18b vorhanden sein,
wobei hier ihr maximaler Abstand (dies entspricht somit der Breite
des Zapfens) geringfügig
geringer ist als die Breite des Langloches.
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Die 1 und 2 zeigen
ein Ausführungsbeispiel
mit einem sogenannten "floating
cover". Das heißt, dass
das Abdeckelement mittels Federn am Lenkradkörper abgestützt ist und vom Fahrer gegen
die Kraft dieser Federn niedergedrückt werden kann, um eine Hupe
zu betätigen.
Hierbei wird das Abdeckelement häufig
nicht in exakt axialer Richtung, sondern leicht schräg niedergedrückt. Um dies
zu ermöglichen,
ohne hierdurch größere Toleranzen
vorsehen zu müssen,
sind entweder, wie dies in 7 dargestellt
ist, die Seitenwände
der Langlöcher,
oder, wie in den 8a und 8b dargestellt, die
Seitenwände
der Langlöcher
und die Zapfen konvex ausgebildet. Konvex ausgebildet heißt bei den Zapfen,
dass sie eine tonnenförmige
Form haben. Man entnimmt den 7 bis 8b,
dass die Position der Zapfen bezüglich
der Langlöcher
auch beim Niederdrücken
genau definiert bleiben. Ist eine solche Geometrie der Langlöcher und/oder
der Zapfen gewählt,
so ist der maßgebliche
Durchmesser des Zapfens sein Maximaldurchmesser und der die maßgebliche
Breite des Langloches ihre Minimalbreite.
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- 10
- Gasgenerator
- 12
- Gassack
- 14
- Gehäuse
- 16
- Abdeckelement
- 17,
18, 19
- Zapfen
- 20,
21, 22
- Langloch
- 23
- Lenkradkörper
- 24
- Feder
- A1, A2, A3
- Achse
- IL
- Länge des
Langlochs
- bL
- Breite
des Langlochs
- d
- Durchmesser
des Zapfens
- S1‚ S2, S3
- Spalt
- M
- Mittelpunkt
- S
- Schnittpunkt