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Die
Erfindung betrifft einen Gassack nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Ein
generelles Problem beim Einsatz von Gassäcken zum Schutz
von Personen in Kraftfahrzeugen ist, dass die Anforderungen an den
Gassack je nach Unfallsituation und je nach Insassen stark variieren
können. Wenn beispielsweise ein leichter Insasse mit nur
geringer Geschwindigkeit auf den Gassack auftrifft, muss durch eine
vorgesehene Ventilationsöffnung nur eine geringe Menge
Gas entweichen, während bei Auftreffen eines schweren Insassen
bei höherer Geschwindigkeit eine entsprechend größere Menge
Gas durch eine entsprechende Ventilationsöffnung ventiliert
werden muss.
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Die
gattungsbildende
WO 2006/073350 schlägt
hierzu einen Gassack mit einem Ventil vor, welches wie folgt aufgebaut
ist: In der den Gasraum umschließenden Gassackhülle
ist eine Durchbrechung vorgesehen, welche durch eine elastische Membran
abgedeckt ist, welche um die Durchbrechung herum mit der Gassackhülle
verbunden, beispielsweise vernäht ist. In der elastischen
Membran ist zentral ein Gasdurchlass in Form eines einzelnen Loches
vorgesehen, durch welches Gas vom Gasraum nach außen austreten
kann. Aufgrund der Elastizität der Membran vergrößert
sich der effektive Querschnitt des Loches mit steigendem Innendruck im
Gasraum, wodurch das gewünschte Ziel erreicht wird, nämlich
dass mit steigendem Druck im Gasraum der Gasstrom nach außen
vergrößert wird.
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Das
in der
WO 2006/073350 beschriebene Ventil
funktioniert grundsätzlich gut, und der gewünschte
Effekt, nämlich dass die Ventilation mit steigendem Innendruck
im Gasraum ansteigt, wird zuverlässig erreicht. In der
Praxis hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass das Ventil
auf geringe Abweichungen der verwendeten Bauteile, insbesondere
Variationen in Materialzusammensetzungen oder Dicke der Membran,
sowie geringfügige Toleranzen des Durchmessers des zentralen
Loches sehr empfindlich reagiert, was dazu führt, dass
ohne einen sehr hohen Aufwand in Bezug auf die Kontrolle der verwendeten
Materialien beziehungsweise der fertigen Gassäcke, die
Charakteristik der Ventile von Gassack zu Gassack oder zumindest
von Charge zu Charge sehr stark schwanken würde, was natürlich unerwünscht
ist.
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Hiervon
ausgehend stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen
gattungsgemäßen Gassack dahingehend zu verbessern,
dass sich mit geringem Aufwand reproduzierbar arbeitende Ventile herstellen
lassen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Gassack mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Es
hat sich herausgestellt, dass sich die Varianz zwischen einzelnen
Ventilen schon allein dadurch erheblich reduzieren lässt,
dass der Gasdurchlass nicht durch ein einzelnes, zentrales Loch
erfolgt, sondern dass der Gasdurchlass durch eine Mehrzahl von Öffnungen
im elastischen Element gebildet wird. Dies ist vermutlich darauf
zurückzuführen, dass sich Varianzen innerhalb
des elastischen Elementes hierdurch herausmitteln. Ein weiterer
Grund scheint darin zu liegen, dass aufgrund der Vielzahl der vorzugsweise
symmetrisch angeordneten Öffnungen, das elastische Element
bei Überdruck im Gasraum eine sehr symmetrische Form, nämlich
die Form eines Kugelschalenabschnitts annimmt. Dies geschieht auch
bei vorliegen geringer Varianzen. Diese „Selbstsymmetrisierung” scheint
zum Erfolg der Erfindung beizutragen. Weiterhin scheint eine Verbesserung
des Verhaltens des Ventils darin begründet zu liegen, dass sich
die Durchströmung der Löcher beim Aufweiten ändert:
Beim einzelnen Loch hat man bei niedrigem Druck eine Durchströmung
senkrecht zur Membran (es bildet sich eine Art Trichter). Dadurch
bricht der Druck auf der Membran zusammen, die Membran will sich
wieder zusammenziehen und das System kann instabil werden. In manchen
Versuchen zeigten sich starke Schwingungen.
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Hat
das elastische Element eine Mehrzahl von Löchern, bleibt
die Durchströmung auch bei Aufweitung des elastischen Elements
immer senkrecht zum elastischen Element, bleibt deshalb stabil und reproduzierbar.
Weiterhin benötigt man weniger Dehnung des elastischen
Elements, um eine vergleichbare effektive Änderung des
freien Querschnitts des Ventils zu erreichen.
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Der
reine Herstellungsaufwand wird durch die erfindungsgemäße
Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik kaum erhöht,
das Ergebnis jedoch stark verbessert.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das elastische
Element eine Membran, in welche Löcher eingebracht, beispielsweise
eingestanzt sind. Hierbei liegt die Anzahl der Löcher pro Ventil
typischerweise in der Größenordnung von 10 bis
40, vorzugsweise zwischen 20 und 30.
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In
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist das Element
ein gasdurchlässiges Gewebe, so dass die Anzahl der Öffnungen
im elastischen Element sehr hoch ist.
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Die
Erfindung wird nun anhand von zwei Ausführungsformen und
zwei Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren näher
erläutert. Hierbei zeigen:
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1 Einen
Seitengassack in einer Draufsicht,
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2 das
Ventil des Seitengassacks aus 1 in einer
vergrößerten Darstellung,
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3 ein
Schnitt entlang der Linie A-A aus 2,
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4 das
in 3 Gezeigte bei erhöhtem Druck innerhalb
des Gasraumes,
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5 eine
schematische Draufsicht auf ein Gewebe, wie es in einem Ventil verwendet
werden kann und
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6 einen
schematischen Schnitt entlang der Linie B-B aus 5,
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7 ein
zweites Ausführungsbeispiel eines Seitengassacks,
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8 den
Seitengassack aus 7, jedoch ohne elastisches Element.
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Erste Ausführungsform
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Die 1 zeigt
einen Gassack 10 in Form eines Seitengassackes. Dieser
besteht aus einer einem Gasraum umschließenden Hülle 12 und
einem Gasgenerator 14. Die Gassackhülle 12 weist
ein Ventil 20 auf, durch welches Gas vom Gasraum nach außen
treten kann, wenn der Druck im Gasraum gegenüber dem Umgebungsdruck
erhöht ist. Dieses Ventil 12 ist in einer Draufsicht
in 2 und in einem Schnitt in 3 dargestellt
und wird nachfolgend genauer erläutert: Das Ventil 20 weist
eine Ventilöffnung in Form einer Durchbrechung 22 in
der Gassackhülle 12 und ein abschnittsweise gasdurchlässiges
elastisches Element, in der vorliegenden ersten Ausführungsform
eine Membran 26 mit einer Mehrzahl von Löchern 28,
auf. Die Membran 26 kann beispielsweise aus Gummi oder
Silikon gefertigt sein und hat typischerweise eine Dicke zwischen
0,5 mm und 3 mm, vorzugsweise ca. 1 mm. Der Durchmesser dL der Löcher beträgt vorzugsweise
zwischen 1 und 3 Millimeter, im vorliegendem Ausführungsbeispiel
2 mm. Der Abstand a zwischen den Löchern beträgt
ebenfalls vorzugsweise zwischen 1 und 10 Millimeter, im vorliegenden
Ausführungsbeispiel 3 mm. Hierdurch ergibt sich, dass im
gezeigten Ausführungsbeispiel ca. 12 Prozent der Fläche
der Membran Löcher sind. Der Durchmesser dD der
Durchbrechung 22 ist vorzugsweise ca. ein Faktor 10 größer
als der Durchmesser eines Loches 28, beträgt also
beispielsweise 20 mm.
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Im
allgemeinen ist es zu bevorzugen, dass der Flächenanteil
der Löcher zwischen 3% und 15% liegt. In vielen typischen
Seitengassack-Anwendungen beträgt der Flächenanteil
der Löcher im kräftefreien Zustand zwischen 4%
und 5% der Gesamtfläche der Membran, also weniger als im
schematisch erläuterten Ausführungsbeispiel. Durch
Auswahl der Parameter „Lochgröße”, „Abstand
zwischen den Löchern” und „Größe
der Durchbrechung” läßt sich die Charakteristik
des Ventils festlegen.
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Die
Membran befindet sich auf der Innenseite der Gassackhülle 12 und
ist mittels einer Naht 24 mit dieser dicht verbunden.
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4 zeigt
die Situation in einer der 3 entsprechenden
Darstellung, wenn im Gasraum G großer Überdruck
herrscht, wenn beispielsweise ein schwerer Insasse mit hoher Geschwindigkeit
in den Gassack eingetaucht ist. In diesem Fall wird die Membran 26 nach
außen gedrückt, wobei sie eine sphärische
Kalottenform annimmt und sich ihre Oberfläche dadurch vergrößert.
Aufgrund der Tatsache, dass eine Vielzahl von Löchern symmetrisch über
die Oberfläche der Membran verteilt ist, ist die sphärische
Form nahezu perfekt. Durch die Vergrößerung der
Gesamtoberfläche der Membran 26 vergrößern
sich natürlich auch die Flächen der Löcher 28 und
zwar viel stärker als die Gesamtoberfläche der
Membran 26 – wie dies in den 3 und 4 auch
schematisch angedeutet ist – so dass der gesamte effektive
Querschnitt für den Gasaustritt vergrößert
wird. Dadurch, dass die Fläche der Löcher stärker
steigt, als die Fläche der Membran, kann man von einem
Verstärkungseffekt sprechen. Wenn man annimmt, dass sich
die Durchbrechung 22 der Gassackhülle 12 nicht
verändert, wenn also das Gassackgewebe sehr steif ist,
und die Memran bis zur Halbkugel aufgeblasen, wird, verdoppelt sich
die Membranfläche durch die Dehnung etwa. Bei den Löchern
beobachtet man hierbei in etwa ein Verdopplung des Durchmessers,
also eine Vervierfachung der Fläche. Je größer
der Druckunterschied zwischen dem Gasraum und der Umgebung ist,
desto stärker wölbt sich die Membran nach außen
und um so größer wir der effektive Querschnitt
für den Gasaustritt.
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Man
kann der 4 auch noch einen weiteren Vorteil
entnehmen, nämlich den, dass das Gas nicht genau in eine
Richtung, sondern sphärisch abströmt.
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Zweite Ausführungsform
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Die 5 und 6 zeigen
schematisch ein Teil eines Gewebes 30, welches ebenfalls
als elastisches Element eingesetzt werden kann. Hierbei ist die 6 ein
Schnitt entlang der Linie B-B aus 1. Beide
Figuren zweigen das Gewebe stark schematisiert und stark vergrößert.
Ein solches Gewebe kann anstelle der in der ersten Ausführungsform
beschriebenen Membran die Durchbrechung in der Gassackhülle
abdecken und damit das elastische Element des Ventils bilden.
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Auch
in der zweiten Ausführungsform ist das elastische Element,
also das Gewebe um die Durchbrechung herum mit der Gassackhülle
verbunden, wobei in der Regel eine Klebeverbindung einer Nahtverbindung
vorzuziehen ist.
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Das
Gewebe weist zwei Lagen auf, welche durch Abstandsfäden
26 miteinander
verbunden sind. Die beiden Lagen sind im Prinzip identisch aufgebaut
und bestehen aus ersten bzw. zweiten Fäden
32,
34 welche
zu wabenartigen Strukturen verbunden sind. Die typische Weite W
einer solchen Wabe
28 kann ca. 2 mm, ein typischer Abstand
h der beiden Lagen ca. 4 mm betragen. Ein solches Gewebe
30 ist relativ
elastisch und weist grundsätzlich ein Verhalten, wie in
4 gezeigt
auf. Die Öffnungen im Gewebe werden durch das Innere der
Waben gebildet, so dass bei einem Ventil, dessen Durchbrechung einen
Durchmesser in der Größenordnung von 20 mm hat,
eine sehr große Anzahl von Öffnungen aufweist. Ein
solches Gewebe ist trotz seiner Elastizität sehr widerstandsfähig
und deshalb für den beschriebenen Zweck sehr gut geeignet.
Ein geeignetes Gewebe ist beispielsweise in der
EP 0 529 671 beschrieben.
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Die 7 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gassackes 10,
der ebenfalls ein Seitengassack ist. Die Ventilöffnung
ist hier nicht als Durchbrechung der Gassackhülle, sondern
als Randöffnung 32 ausgebildet. Die 8 zeigt
den Gassack 10 aus 7 ohne Membran 26,
so dass man die Randöffnung 32 sehen kann. Die
Randöffnung 32 wird dadurch gebildet, dass die
zwei Lagen, aus welcher die Gassackhülle 12 besteht
(gezeigt ist nur die erste Lage 12a), an der Randöffnung 32 nicht
miteinander verbunden sind, was im gezeigten Ausführungsbeispiel
dadurch erreicht wird, dass die Randnaht 32 unterbrochen
ist. Auf die Gassackhülle ist die Membran 26 mittels
der Naht 24 aufgenäht und befindet sich außen
auf der Gassackhülle 12. Da die Naht 24 die
beiden Lagen nicht verbinden soll, wird die Naht 24 in
der Regel vor der Randnaht 32 erzeugt.
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Wie
man den 7 und 8 entnimmt, weist
der Gassack in dem Randbereich, in dem das Ventil angeordnet ist,
einen Fortsatz 16 auf. Hierdurch wird einerseits sichergestellt,
dass durch das Ventil kein Schutzbereich verloren geht und dass
andererseits nicht die Gefahr besteht, dass der Insasse auf das
Ventil auftrifft, was dessen einwandfreies Funktionieren natürlich
vereiteln und ein Verletzungsrisiko für den Insassen darstellen
würde. Bevorzugt weist dieser Fortsatz 16 bei
expandiertem Gassack in Fahrtrichtung.
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Beim
zweiten Ausführungsbeispiel des Gassacks hat die Membran 26 vorzugsweise
eine rechteckige Form.
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Vorzugsweise
ist bei diesem Ausführungsbeispiel des Gassacks das elastische
Element als Membran entsprechend der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
ausgebildet; die Verwendung eines Gewebes gemäß der
oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist jedoch auch
denkbar.
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Die
Erfindung wurde anhand von Seitengassäcken erläutert,
die Anwendung auf andere Gassäcke, wie beispielsweise Frontgassäcke
ist jedoch ebenso möglich.
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- 10
- Gassack
- 12
- Gassackhülle
- 12a
- erste
Lage
- 14
- Gasgenerator
- 16
- Fortsatz
- 20
- Ventil
- 22
- Durchbrechung
- 24
- Naht
- 26
- Membran
- 28
- Loch
- 30
- Gewebe
- 32
- Faden
der ersten Lage
- 34
- Faden
der zweiten Lage
- 26
- Abstandsfaden
- 28
- Wabe
- 30
- Randnaht
- 32
- Randöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/073350 [0003, 0004]
- - EP 0529671 [0028]