DE102011121724A1

DE102011121724A1 - Gassack für eine Personenschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE102011121724A1
Application number: DE102011121724A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Rick
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-06-20
Also published as: GB2497848A; CN103171514B; US20130154247A1; US9221411B2; CN103171514A

Abstract

Ein Gassack (2) für eine pneumatische Personenschutzeinrichtung an einem Kraftfahrzeug weist eine Membran (13) auf, die wenigstens lokal eine Innenlage (14) und eine Außenlage (15) umfasst, wobei die Außenlage (15) eine höhere Toleranz gegen Reibbeanspruchung aufweist als die Innenlage (14).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassack für eine pneumatische Personenschutzeinrichtung an einem Kraftfahrzeug sowie ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug.
Derartige Gassäcke oder Airbags können an einem Kraftfahrzeug in diversen Hohlräumen geschützt eingebaut sein, aus denen heraus sie im Bedarfsfall in kürzester Zeit expandieren müssen, um einen Puffer zwischen harten Teilen der Kraftfahrzeugkarosserie und möglicherweise zu schützenden Personen, insbesondere Insassen des Fahrzeugs oder Fußgängern, zu bilden. Ein solcher Gassack ist nicht nur in dem Moment, in dem er im expandierten Zustand eine Person auffängt, sondern eventuell auch davor erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt, z. B., wenn sich der expandierende Gassack aus seinem Einbauraum durch eine enge Öffnung ins Freie zwängen muss und dabei an den Rändern der Öffnung eventuell erheblicher Reibung ausgesetzt ist. Insbesondere bei einem Gassack für den Fußgängerschutz können starke Reibbelastungen auch dann auftreten, wenn er während ihrer Expansion oder auch erst nach dem Auffangen eines Fußgängers gegen die Fahrbahn gedrückt wird. Wenn der Gassack in Folge der Reibbelastung aufreißt, ist er wirkungslos.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Betriebssicherheit eines solchen Gassacks zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Membran eines solchen Gassacks wenigstens lokal einen Innenlage und eine Außenlage umfasst, die eine höhere Toleranz gegen Reibbeanspruchung aufweist als die Innenlage.
Eine solche erhöhte Toleranz kann auf unterschiedliche Weise zustande kommen, z. B., indem für die Außenlage ein Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten und/oder hoher Abriebfestigkeit eingesetzt wird, oder indem zwar Abrieb der Außenlage in Kauf genommen wird, stattdessen aber deren Stärke groß genug dimensioniert wird, um die Innenlage zumindest solange vor Reibbeanspruchung zu schützen, wie die der Gassack zum Verzögern einer auf ihn auftreffenden Person braucht.
Die Außenlage kann – zumindest in den voraussichtlich reibbelasteten Bereichen der Membran und vorzugsweise auch ein Stück weit darüber hinaus – eine geschlossene Schicht bilden, um die Innenlage in ihrem gesamten gefährdeten Bereich zu schützen. Eine solche geschlossene Schicht kann z. B. durch ein Schmiermittel wie etwa Fett oder Wachs gebildet sein, das im Kontakt mit einer Reibfläche leicht abgetragen wird; es kann sich aber auch um eine abriebarme Schicht aus einem strapazierfähigen Material wie etwa Aramid handeln, wobei hier die Geschlossenheit der Schicht verhindert, dass Vorsprünge einer Reibfläche sich an der Schicht verhaken und diese aufreißen können.
Um Einbauraum zu sparen, kann es auch zweckmäßig sein, wenn die Außenlage aus diskreten, einzeln an der Innenlage befestigten Verschleißkörpern zusammengesetzt ist. Diese können die Innenlage, auch wenn sie sie in expandiertem Zustand des Gassacks nicht vollständig überdecken, wirksam von einer Reibfläche fernhalten.
Um ein Hängenbleiben der Verschleißkörper an Vorsprüngen einer Reibfläche zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, dass die Verschleißkörper geschuppt angeordnet sind.
Die Verschleißkörper können an der Innenlage der Membran verklebt sein; wenn die Membran Öffnungen aufweist, insbesondere wenn die Membran ein Gewebe ist und die Öffnungen Zwischenräume zwischen Fäden des Gewebes sind, dann kann eine wirksame Verankerung der Verschleißkörper darin beruhen, dass diese Befestigungsabschnitte aufweisen, welche Öffnungen der Innenlage durchsetzen.
Einer weiteren Abwandlung zufolge kann die Außenlage ebenfalls als Gewebe ausgebildet sein.
Außen- und Innenlage können auch miteinander zu einem einheitlichen Gewebe verbunden sein.
Unterschiedliche Toleranzen gegen Reibbeanspruchung bei Außen- und Innenlage können sich insbesondere daraus ergeben, dass die Innenlage und die Außenlage durch unterschiedliche Typen von Fäden gebildet sind.
Eine hohe Toleranz gegen Reibbeanspruchung ist erreichbar, wenn die Außenlage wenigstens teilweise aus Aramid oder aus PTFE besteht.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kraftfahrzeug mit einem Gassack der oben beschrieben Art. Ein solcher Gassack kann als Fußgängerschutz an einem Stoßfänger, insbesondere einem vorderen Stoßfänger, des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
Bei einem Gassack für den Fußgängerschutz sollte die Außenlage zweckmäßigerweise wenigstens an einem Teil der Membran vorgesehen sein, der in expandiertem Zustand der Fahrbahn zugewandt ist und mit dieser in Reibkontakt kommen kann. Fahrbahnabgewandte Teile des Gassacks weisen vorzugsweise die Außenlage nicht auf, um den Platzbedarf des Gassacks in nicht expandiertem Zustand und sein Gewicht zu minimieren.
Wenn der Gassack angeordnet ist, um durch eine Durchtrittsöffnung hindurch zu expandieren, sollte die Außenlage wenigstens an einem Teil des Gassacks vorgesehen sein, der bei der Expansion mit einem Rand der Durchgangsöffnung in Reibkontakt tritt. Wiederum sollten nicht reibkontaktgefährdete Teile des Gassacks vorzugsweise frei von der Außenlage sein.
Strukturierte Oberflächen weisen häufig einen anisotropen Reibungskoeffizienten auf. Da die Richtung, in der sich der Gassack relativ zu einer Reiboberfläche bewegt, im Allgemeinen durch seinen Einbau festgelegt ist, besteht die Möglichkeit, die Membran des erfindungsgemäßen Gassacks so zu orientieren, dass sie sich ggf. relativ zur Reiboberfläche in derjenigen Richtung bewegt, in der ihr Reibungskoeffizient minimal ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Frontpartie eines Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
2 einen schematischen Querschnitt durch das Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
3 ein erstes Ausführungsbeispiel für den Aufbau der Membran eines erfindungsgemäßen Gassacks in einem schematischen Schnitt;
4 ein zweites Beispiel für eine Struktur der Membran in einem zu 3 analogen Schnitt;
5 ein drittes Ausführungsbeispiel für die Struktur der Membran;
6 ein viertes Ausführungsbeispiel;
7 einen vergrößerten Schnitt durch eine Membran gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
8 einen vergrößerten Schnitt durch eine Membran gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel; und
9 einen vergrößerten Schnitt durch eine Membran gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt die Frontpartie eines Kraftfahrzeugs in einer ersten typischen Anwendungssituation der vorliegenden Erfindung. Die Frontpartie des Kraftfahrzeugs ist zu einem großen Teil von einem aus Kunststoff geformten Stoßfänger 1 eingenommen. Der Stoßfänger 1 weist an seiner Vorderseite eine in der Figur nicht sichtbare Tasche oder Aussparung auf, in der, ggf. durch einen Deckel geschützt, ein Gassack 2 in eng zusammengefalteter Konfiguration und ein pyrotechnischer Gasgenerator für die Gasvorsorgung des Gassacks 2 untergebracht sind. Eine nicht dargestellte, an sich bekannte Steuerschaltung ist vorgesehen, um den Gasgenerator zu zünden, falls eine starke, auf einen Kontakt des fahrenden Fahrzeugs mit einem externen Hindernis wie etwa einem Fußgänger 3 hinweisende Erschütterung registriert wird oder, vorzugsweise, wenn eine Annäherung an ein solches Hindernis mit in etwa der Fahrtgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs entsprechender Geschwindigkeit registriert wird. Im letzteren Fall kann der Gassack 2 noch vor der Berührung des Fahrzeugs mit dem Fußgänger 3 expandieren und so die in 1 gezeigte Konfiguration erreichen.
Der expandierte Gassack 2 reicht nach unten über die Unterkante des Stoßfängers 1 hinaus und wird infolgedessen durch den Fahrtwind abwärts, gegen die Fahrbahnoberfläche 4, ausgelenkt. Auf diese Weise greift der Gassack 2 in geringem Abstand von der Fahrbahnoberfläche 4 an den Beinen des Fußgängers 3 an und verhindert sicher, dass dieser unter das Fahrzeug gezogen wird. Andererseits besteht bei länger anhaltendem engem Kontakt des Gassacks 2 mit der Fahrbahnoberfläche 4 die Gefahr, dass dieser aufgescheuert wird und seine Wirksamkeit verliert, sofern keine geeigneten Gegenmaßnahmen getroffen werden. Beispiele solcher Gegenmaßnahmen werden im Folgenden anhand der 3 ff erläutert.
2 zeigt eine zweite typische Anwendungssituation der Erfindung. Unter einer ausschnittweise gezeigten Frontscheibe 5 des Kraftfahrzeugs befindet sich eine Armaturenbrettverkleidung 6. in einem Ruhezustand sind ein Gasgenerator 7 und ein zusammengefalteter Gassack 2 im Innern des Armaturenbretts untergebracht, und in der Armaturenbrettverkleidung 6 ist eine langgestreckte Schwachstelle gebildet. Wenn bei einer starken Erschütterung der Gasgenerator 7 ausgelöst wird und der Gassack 2 zu expandieren beginnt, reißt entlang der Schwachstelle die Armaturenbrettverkleidung 6 unter dem Druck des Gassacks 2 auf. Zwischen einem nach oben ausgelenkten Abschnitt 8 und einem unbeweglichen Abschnitt 9 der Verkleidung 6 bildet sich so eine Austrittsöffnung 10, durch die hindurch der Gassack 2 in die Fahrgastzelle drängt, um dort weiter zu expandieren. Die Kanten 12 der Austrittsöffnung sind durch ihre Entstehung bedingt oft scharfkantig, und Teile der Membran des Gassacks 11, die beim Austritt des Gassacks 11 aus der Öffnung 10 über die Kanten 12 schleifen, laufen ohne geeigneten Schutz Gefahr, dabei beschädigt zu werden.
3 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen Ausschnitt des expandierten Gassacks 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine flexible Membran 13, die die Außenwand einer oder mehrer Kammern des Gassacks 2 bildet, umfasst in einem in expandiertem Zustand der Fahrbahnoberfläche 4 zugewandten Bereich eine Innenlage 14 und eine Außenlage 15. Die Innenlage 14 kann ein dichtes Gewebe, eine Folie oder auch ein Verbundmaterial wie etwa eine Folie aus gummielastischem Material sein, die durch eine eingebettete Gewebelage in ihrer Dehnbarkeit begrenzt ist. Die Außenlage 15 ist hier eine Schicht aus Fett oder Wachs. Eine solche Außenlage 15 kann sich zwar in Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche 4 schnell abreiben, doch bietet sie der Innenlage 14 dennoch wirksamen Schutz, wenn ihre Dicke so bemessen ist, dass sie einen Fahrbahnkontakt der Innenlage 14 zumindest solange verhindert, bis der Gassack 2 den Fußgänger 3 wirksam aufgefangen hat.
In einem in expandiertem Zustand von der Fahrbahnoberfläche 4 abgewandten oberen Bereich 16 (siehe 1) des Gassacks 2 fehlt der Membran 13 die Außenlage, um den Platzbedarf des Gassacks im nicht expandiertem Ruhezustand nicht unnötig zu erhöhen. Alternativ kommt als Außenlage 15 auch eine Folie aus einem zähen, flexiblen Material wie etwa Aramid in Betracht. Eine solche Folie kann großflächig mit der Innenlage 14 verklebt sein, oder es kann eine das Gewebe der Innenlage 14 wenigstens teilweise penetrierende Folie, z. B. durch Auftragen einer Aramidlösung auf die Innenlage 14, gebildet sein.
Um eine lang anhaltende, eventuell sogar eine Reversierung und erneute Verwendung des Gassacks 2 für einen weiteren Expansionsvorgang ermöglichende Beständigkeit gegen Reibverschleiß zu erzielen, kann eine Stärke der Außenlage 15 erforderlich sein, die eine kontinuierliche Folie so steif machen würde, dass sie nicht mehr ohne weiteres so eng zusammengefaltet werden kann, wie dies für den Gassack 2 im Ruhezustand erforderlich ist. Abhilfe kann hier die in 4 gezeigte Abwandlung schaffen, der zu Folge die Außenlage 15 sich aus diskreten, jeweils einzeln an der Innenlage 14 befestigten blockförmigen Verschleißkörpern 17 zusammensetzt. Die Verschleißkörper 17 können jeweils an der Innenlage 14 verklebt sein, oder, wenn die Innenlage 14 ein Gewebe ist, kann das Material der Verschleißkörper 17 jeweils in Zwischenräume zwischen Kett- und Schussfäden des Gewebes eingedrungen sein, um auf diese Weise eine form- und stoffschlüssige Verankerung zu erzielen.
Wenn die Verschleißkörper 17 in Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche 4 in die Innenlage 14 hineingedrückt werden, kann der Fall auftreten, dass in einem Zwischenraum 18 zwischen zwei Verschleißkörpern 17 die Innenlage 14 dennoch mit der Fahrbahnoberfläche 4 in Kontakt gerät. Um diese Möglichkeit sicher auszuschließen, können die Verschleißkörper, wie in 5 gezeigt, geschuppt angeordnet sein, mit jeweils einem an der Innenlage 14 sicher, durch Klebung oder Durchdringung des Gewebes des Innenlage 14, befestigten Fußabschnitt 19 und einem mit der Innenlage 14 über den Fußabschnitt 19 verbundenen Flügel 20, dessen vom Fußabschnitt 19 abgewandter Rand jeweils mit dem Fußabschnitt 19 eines benachbarten Verschleißkörpers 17 überlappt. Die in 5 gezeigte Schuppenanordnung ist besonders unempfindlich gegen eine Bewegung des Gassacks 2 relativ zur Fahrbahnoberfläche 4 in einer Richtung, in der die Fußabschnitte 19 in Bewegungsrichtung der Membran vorn und die Flügel 20 hinten liegen, d. h. nach links in 5, wie durch einen Pfeil angedeutet. Gleichzeitig ist auch dies die Richtung, in der der Reibungskoeffizient des Gassacks 2 relativ zur Fahrbahnoberfläche 4 minimal ist. Auf diesem Grund sollte der Gassack 2 am Fahrzeug so montiert sein, dass im expandierten Zustand bezogen auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs die Fußabschnitte 19 der Verschleißkörper 17 jeweils vor den Flügeln 20 liegen.
6 zeigt eine Variante, die Verschleißkörper 17 im Querschnitt abgerundet sind, um die Gefahr eines Hängenbleibens an einem Vorsprung der Fahrbahnoberfläche 4 zu minimieren. Eine zum Teil in die Innenlage 14 versenkte Anbringung der Verschleißkörper 17 vergrößert die Kontaktfläche zur Innenlage 14 und gibt den Verschleißkörpern 17 somit sicheren Halt.
7 zeigt einen Ausschnitt aus der Membran 13 in einem stark vergrößerten schematischen Querschnitt. Deutlich zu erkennen ist, dass die Innenlage 14 der Membran 13 hier als ein Gewebe mit Kett- und Schussfäden 21 bzw. 22 ausgebildet ist. Ein Verschleißkörper 17 ist an das Gewebe der Membran 13 angespritzt, wobei ein Teil des Materials des Blocks 17 die Zwischenräume 23 zwischen den Fäden 21, 22 des Gewebes durchdrungen hat, sodass diese lokal in einem Befestigungsabschnitt 24 des Blocks 17 eingebettet verlaufen. Die gegen Reibverschleiß tolerante Außenlage 14 ist hier durch eine Verschleißschicht 25 an der Außenseite des Befestigungsabschnitts 24 gebildet. Die Verschleißschicht 25 kann mit dem Befestigungsabschnitt 24 einteilig ausgebildet sein oder eine besonders reibungs- oder abriebarme Schutzschicht über dem Befestigungsabschnitt 24 bilden. Um Reibung oder Abrieb gering zu halten, kann die Verschleißschicht 25 z. B. aus PTFE oder Aramid bestehen.
8 zeigt eine weitere Abwandlung der Erfindung, bei der die Innenlage 14 der Membran 13 wiederum als Gewebe ausgebildet ist. Das Gewebe hat hier eine fellähnliche Struktur mit eingearbeiteten Fasern 26, z. B. aus Aramid, deren freie Enden die Außenlage 15 bilden. Indem sich die Fasern 26 bei Bodenkontakt eng an die Innenlage 14 anschmiegen, liefern sie einen wirksamen Schutz vor Beschädigung bei gleichzeitig minimaler Reibung.
Bei der Ausgestaltung der 9 sind Innen- und Außenlage 14, 15 in ein einheitliches Gewebe integriert. Das gezeigte Gewebe weist eine Atlasbindung auf. Diese Bindung zeichnet sich dadurch aus, dass Kett- und Schussfäden sich im Wesentlichen auf verschiedenen Seiten des Gewebes erstrecken und, indem sie jeweils parallel zueinander verlaufen, eine starke Reibungsanisotropie erzeugen. Die in der Figur geschnitten gezeigten Kettfäden 21 sind beim Weben unter hoher Spannung gehalten, sodass sie im fertigen Gewebe wesentlich weniger gekrümmt sind als die in Draufsicht gezeigten Schussfäden 22. Die Schussfäden 22 bilden daher allein die der Fahrbahnoberfläche 4 zugewandte Außenlage 15 bilden, die Kettfäden 21 kommen erst dann mit der Fahrbahn 4 in Kontakt, wenn die Schussfäden 22 weitgehend abgerieben sind. Indem für die Schussfäden 22 ein zähes, hoch belastbares Material wie Aramid verwendet wird, kann auch hier eine hohe Beständigkeit gegen Reibung erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Stoßfänger
2: Gassack
3: Fußgänger
4: Fahrbahnoberfläche
5: Frontscheibe
6: Armaturenbrettverkleidung
7: Gasgenerator
8: ausgelenkter Abschnitt
9: unbewegter Abschnitt
10: Austrittsöffnung
12: Kante
13: Membran
14: Innenlage
15: Außenlage
16: oberer Bereich
17: Verschleißkörper
18: Zwischenraum
19: Fußabschnitt
20: Flügel
21: Kettfaden
22: Schussfaden
23: Zwischenraum
24: Befestigungsabschnitt
25: Verschleißabschnitt
26: Faser

Claims

Gassack (2) für eine pneumatische Personenschutzeinrichtung an einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass eine Membran (13) des Gassacks wenigstens lokal eine Innenlage (14) und eine Außenlage (15) umfasst, die eine höhere Toleranz gegen Reibbeanspruchung aufweist als die Innenlage (14).
Gassack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenlage (15) eine geschlossene Schicht bildet.
Gassack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenlage (15) aus diskreten, einzeln an der Innenlage befestigten Verschleißkörpern (17) zusammengesetzt ist.
Gassack nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißkörper (17) geschuppt angeordnet sind.
Gassack nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißkörper (17) an der Innenlage (14) verklebt sind.
Gassack nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungsabschnitte (24) der Verschleißkörper (17) Öffnungen (23) der Innenlage (14) durchsetzen.
Gassack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenlage ein Gewebe ist.
Gassack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenlage (14) ein Gewebe ist.
Gassack nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenlage (14, 21) und die Außenlage (15, 22) ein Gewebe bilden.
Gassack nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenlage (14, 21) und die Außenlage (15, 22) durch unterschiedliche Typen von Fäden des Gewebes gebildet sind.
Gassack nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenlage (15) wenigstens teilweise aus Aramid oder PTFE besteht.
Kraftfahrzeug mit einem Gassack nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassack (2) an einem Stoßfänger (1), insbesondere einem vorderen Stoßfänger, des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenlage (15) wenigstens an einem Teil des Gassacks (2) vorgesehen ist, der in expandiertem Zustand der Fahrbahn (4) zugewandt ist.
Kraftfahrzeug mit einem Gassack nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassack angeordnet ist, um durch eine Durchtrittsöffnung (10) hindurch zu expandieren und dass die Außenlage (15) wenigstens an einem Teil des Gassacks (2) vorgesehen ist, der bei der Expansion mit einem Rand (12) der Durchgangsöffnung (10) in Reibkontakt tritt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenlage (15) einen anisotropen Reibungskoeffizienten aufweist und orientiert ist, um den Reibungskoeffizienten zu minimieren.