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Die Erfindung betrifft eine Beifahrer-Frontgassack-Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Sogenannte Beifahrer-Frontgassäcke gehören seit vielen Jahren zur Standard-Sicherheitsausrüstung von Personenkraftwagen. Ein solcher Beifahrer-Frontgassack ist in der Instrumententafel des Fahrzeugs angeordnet und wird im Falle eines Unfalles, insbesondere eines Frontalzusammenstoßes oder eines seitlich versetzten Frontalzusammenstoßes, mittels eines zugeordneten Inflators zwischen Windschutzscheibe/Armaturenbrett und Beifahrer aufgeblasen. Hierbei weist der Beifahrer-Frontgassack (im Folgenden zumeist einfach als Gassack bezeichnet) eine zum Insassen weisende Prallfläche und eine Abstützfläche, welche sich an der Instrumententafel oder der Windschutzscheibe abstützt, auf.
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Ein solcher Gassack ist sowohl im Falle eines gegurteten als auch im Falle eines ungegurteten Insassen von Nutzen, wobei sich die vom Gassack bei einem gegurteten Insassen zu übernehmende Aufgabe von der Aufgabe, welche der Gassack im Falle eines ungegurteten Insassen übernehmen muss, wesentlich unterscheidet. Im Falle eines ungegurteten Insassen ist der Gassack das einzige Rückhaltemittel, das heißt, er muss alleine dafür sorgen, dass der Insasse nicht auf die Instrumententafel oder die Windschutzscheibe aufschlägt. Um diese Aufgabe in idealer Weise erfüllen zu können, sollte die Prallfläche möglichst groß sein und im Wesentlichen den gesamten Oberkörper des Beifahrers abdecken. Dies umso mehr, als ein ungegurteter Beifahrer im Falle eines Frontalzusammenstoßes eine in Bezug auf das Fahrzeug im Wesentlichen lineare Bewegungen in Fahrtrichtung durchführt. Im Falle eines gegurteten Insassen sind die Verhältnisse anders: Hier wird die Haupt-Rückhaltearbeit vom Gurt übernommen und der Gassack hat hier in erster Linie die Aufgabe, bei einsetzender Kraftbegrenzung des Gurtes die verbleibende Bewegungsenergie des Beifahrers aufzufangen und ein Aufschlagen insbesondere des Kopfes auf die Instrumententafel zu verhindern. Da in diesem Fall der Oberkörper des Beifahrers im Wesentlichen eine Kippbewegung um das Becken durchführt, ist hier eine sehr große Prallfläche unnötig.
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Um sowohl guten Schutz bei gegurteten als auch bei ungegurteten Insassen zu bieten, werden bislang zumeist Gassäcke mit einer relativ großen Prallfläche und entsprechend großem Volumen verbaut. Diese haben in manchen Unfallsituationen jedoch auch Nachteile, insbesondere bei solchen mit einem Insassen, welcher sich nicht in seiner Standard-Sitzposition befindet (OoP). Diese Nachteile liegen im Wesentlichen darin begründet, dass ein großvolumiger Gassack mit einer großen Prallfläche auch einen entsprechend großen und starken Gasgenerator benötigt und insbesondere zu Beginn der Entfaltung eine hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit zeigt, welche für einen Insassen, welcher sich nicht in seiner Standard-Sitzposition, insbesondere in einer vornüber gebeugten Position, befindet, potentiell gefährlich sein kann. Somit kann es unter statistischen Gesichtspunkten vorteilhaft sein, bei Fahrzeugen, welche in ein Land ausgeliefert werden, bei dem die Anschnallquote sehr hoch ist, einen Beifahrer-Frontgassack vorzusehen, welcher ausschließlich den Kopf des Insassen zugeordnet ist, da dann der Vorteil in OoP-Situationen den Nachteil bei nicht angeschnallten Beifahrern überwiegen kann. Ein solcher Gassack ist beispielsweise in der
DE 10 2009 040 118 A1 beschrieben.
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Die
US 2001 / 0 033 072 A1 zeigt einen Beifahrer-Frontgassack, dessen Prallfläche zwei Abschnitte aufweist, wobei der zweite Abschnitt weiter ins Innere des Kraftfahrzeugs hineinragt als der erste Abschnitt. Das heißt, dass sich bei vollständig expandiertem Gassack der zweite Abschnitt näher am Insassen befindet als der erste Abschnitt. Der Gassack ist hier sehr großvolumig ausgelegt und der zweite Abschnitt ist dem Brust-Bauchbereich und sogar dem Oberschenkelbereich des Insassen derart zugeordnet, dass dieser Abschnitt den Beifahrer bereits berührt, wenn dieser sich noch nicht wesentlich aus seiner Ausgangs-Sitzstellung heraus bewegt hat. Der erste Abschnitt ist dem Kopf des Insassen zugeordnet und ist gegenüber dem zweiten Abschnitt in Fahrtrichtung derart zurückversetzt, dass der Kopf erst nach dem Brust-Bauch-Bereich in Kontakt mit der Prallfläche des Gassackes kommt. Hierdurch kann eine sehr frühe Anbindung des Insassen an die Prallfläche des Gassackes erreicht werden, ohne dass der expandierende Gassack den Insassen ins Gesicht trifft. Weiterhin wird einer Überstreckung des Genickes entgegengewirkt. Insoweit ist der dort vorgeschlagene Gassack insbesondere für den Fall geeignet, dass der Beifahrer nicht gegurtet ist. Die Nachteile eines sehr großvolumigen Frontgassackes wurden oben bereits erläutert.
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Aus der gattungsbildenden
US 3 831 972 A ist ein relativ großvolumiger Beifahrer-Frontgassack bekannt, dessen Prallfläche derart gestuft ausgeführt ist, dass ein erster Abschnitt der Prallfläche unterhalb eines zweiten Abschnitts der Prallfläche angeordnet ist. Der dem Thorax des Insassen zugeordnete zweite Abschnitt ragt weiter ins Innere des Fahrgastraums als der dem Kopf des Insassen zugeordnete zweite Abschnitt.
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Hiervon ausgehend stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen gattungsgemäßen Beifahrer-Frontgassack dahingehend weiterzubilden, dass er einen sehr guten Schutz für einen gegurteten Beifahrer bietet, einen nicht gegurteten Beifahrer in zumindest akzeptabler Weise schützt und nur eine geringe Gefährdung für einen sich nicht in Standard-Sitzposition befindlichen Insassen darstellt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Beifahrer-Frontgassack mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Wie der gattungsgemäße Beifahrer-Frontgassack auch, weist die Prallfläche des erfindungsgemäßen Beifahrer-Frontgassackes (Gassack) zwei Abschnitte auf, wobei sich der zweite Abschnitt weiter in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs hineinerstreckt als der erste Abschnitt. Auch hier ist der erste Abschnitt im Wesentlichen dem Kopf des Beifahrers zugeordnet.
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Im Gegensatz zum gattungsgemäßen Beifahrer-Frontgassack ist der zweite Abschnitt der Prallfläche jedoch nicht dem gesamten Oberkörper, sondern ausschließlich dem Schulterbereich oder dem Schulter- und Schlüsselbeinbereich des Insassen zugeordnet. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass sich eine sehr frühe Anbindung des Insassen an die Prallfläche des Gassackes realisieren lässt, ohne jedoch die Nachteile eines großvolumigen Gassackes in Kauf nehmen zu müssen. Der erfindungsgemäße Gassack bietet einen sehr guten Schutz für einen gegurteten Insassen, wobei weiterhin die Belastung des Brustbereiches gesenkt wird, so dass die Belastung des Brustbereiches sowohl geringer ist als bei einem sehr kleinen Gassack, welcher nur dem Kopf des Insassen zugeordnet ist (welcher also den Torso des Insassen überhaupt nicht berührt), aber auch geringer ist als bei einem großvolumigen Gassack, der in Kontakt mit der Brust des Insassen kommt: Wenn ein Gassack vorgesehen ist, welcher ausschließlich dem Kopf des Insassen zugeordnet ist, so wird nahezu die ganze kinetische Energie des Insassen über den Gurt abgeleitet, wie dies oben bereits erläutert wurde. Hierbei erfolgt ein sehr großer Teil der Kraftübertragung über den Abschnitt des Gurtes, welcher über die Brust des Insassen verläuft. Dies ist insofern problematisch, als die Rippen ein relativ schwach ausgebildetes Körperteil des Menschen sind und die punktuelle Belastung so groß werden kann, dass Rippen verletzt werden oder sogar brechen können. Wird ein großvolumiger Gassack eingesetzt, insbesondere ein solcher, der sich so weit ins Innere des Fahrzeuges erstreckt, dass seine Prallfläche zu einem sehr frühen Zeitpunkt in Kontakt mit dem Oberkörper und somit auch der Brust des Insassen kommt, so wird zwar ein Teil der Auffangarbeit des Gurtes vom Gassack übernommen, jedoch addieren sich die Kräfte, welche vom Gurt aufgefangen werden, und die Kräfte, welche vom Gassack aufgenommen werden, im Bereich des Gurtes auf, so dass auch hier die punktuelle Belastung im Bereich der Brust (also der Rippen) sehr hoch sein kann, in Einzelfällen sogar höher als in dem Fall, in dem der Gurt die vollständige Rückhaltearbeit übernimmt. Der vollständig expandierte Gassack erstreckt sich von einem oberen Abschnitt der Instrumententafel.
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Mit dem erfindungsgemäßen Gassack erfolgt jedoch eine tatsächliche Kraftaufteilung: Im Bereich der Brust wird die Kraft ausschließlich vom Gurt aufgenommen, wie dies auch der Fall ist, wenn ein nur sehr kleiner, dem Kopf zugeordneter Gassack vorhanden ist. Da jedoch ein Teil der Kraft durch den nur auf den Schulterbereich oder den Schulter- und Schlüsselbeinbereich wirkenden Abschnitt der Prallfläche abgeleitet wird, erfolgt eine echte Reduzierung der Kraftspitzen im Brustbereich. Somit können durch den erfindungsgemäßen Gassack im gegurteten Fall relativ geringe Kraftwerte im Brustbereich erreicht werden, wie dies im Stand der Technik bislang nicht möglich war.
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Aber auch im Fall eines ungegurteten Insassen erfolgt eine noch befriedigende Rückhaltung des Insassen, ohne die Nachteile eines sehr großvolumigen Gassacks in Kauf nehmen zu müssen.
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Der zweite Abschnitt ist dem Schulter- und Schlüsselbeinbereich des Insassen zugeordnet und kann hierbei im Wesentlichen die Form einer ebenen Fläche haben, welche sich im Wesentlichen in Vertikalrichtung, also von unten nach oben, erstreckt. An das obere Ende dieses zweiten Abschnittes schließt sich dann der erste Abschnitt an, welcher die Form einer konkaven Rinne oder einer Stufe aufweist. Vorteil ist, dass die Kraft des zweiten Abschnittes der Prallfläche relativ großflächig auf den Insassen verteilt wird und dass auch bei nicht-mittigem Aufprall des Insassen auf die Prallfläche des Gassackes (beispielsweise bei einem schräg versetzten Frontalzusammenstoß oder wenn die Ausgangsposition des Insassen außermittig bezüglich seines Sitzes ist) die Schutzwirkung des Gassackes kaum eingeschränkt ist.
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Die Erfindung wird nun anhand von zwei bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1: einen schematisierten Längsschnitt durch den vorderen Bereich eines Personenkraftwagens mit einem erfindungsgemäßen Gassack, welcher sich in seinem vollständig expandierten Zustand befindet, wobei der dem Gassack zugeordnete Insasse sich noch in seiner Ausgangsposition befindet,
- 2 das in 1 Gezeigte zu einem späteren Zeitpunkt des Unfalls, bei dem der Schulter- und Schlüsselbeinbereich des Insassen in Kontakt mit dem zweiten Abschnitt der Prallfläche des Gassackes ist,
- 3 das in 2 Gezeigte zu einem späteren Zeitpunkt, bei dem sich auch der Kopf in Kontakt mit der Prallfläche befindet,
- 4 das in 2 Gezeigte bei einem nicht angeschnallten Insassen,
- 5 das in 4 Gezeigte zu einem späteren Unfallzeitpunkt,
- 6 eine Draufsicht auf den Gassack aus 1 aus Richtung R1 und
- 7 im Wesentlichen das in 4 Gezeigte bei einer etwas anderen Geometrie.
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Die 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Darstellung. Hierbei ist die Figur ein vertikal verlaufender Schnitt (also in der X-Z-Ebene) durch den vorderen Bereich eines Personenkraftwagens, wobei die Blickrichtung vom Fahrer auf den Beifahrer (bei einem linksgesteuerten Fahrzeug) ist. Man erkennt die typischen Bestandteile dieses Fahrzeuges, nämlich die Instrumententafel 20, die Windschutzscheibe 22 und den Fahrzeugsitz 30. In einem oberen Abschnitt der Instrumententafel 20 befindet sich in bekannter Art und Weise eine Gehäuse-Gasgenerator-Einheit 18 eines Gassackmodules, wobei der Gassack 10 des Gassackmoduls im Ausgangszustand in das Gehäuse eingefaltet ist und bei einem Frontalzusammenstoß oder bei einem seitlich versetzten Frontalzusammenstoß auf ein elektrisches Signal hin durch den Gasgenerator aufgeblasen wird und sich zwischen Windschutzscheibe/Instrumententafel und Insasse 40, das heißt Beifahrer, aufbläst.
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Die 1 zeigt die Situation bei einem gegurteten Insassen 40 zu einem sehr frühen Unfallzeitpunkt, zu dem der Gassack 10 gerade erst seinen vollständigen Entfaltungszustand erreicht hat. Der gegurtete Insasse 40 befindet sich hierbei noch nahezu in seinem Ausgangszustand.
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Man sieht, dass der Gassack 10 den vorderen Teil der Instrumententafel 20 kaum abdeckt, sondern sich im Wesentlichen von seinem Gehäuse ausgehend bezüglich der Fahrtrichtung nach hinten (also in X-Richtung) und oben erstreckt. Dies bedeutet auch, dass sich die Abstützfläche 14 des Gassackes 10 fast ausschließlich an der Windschutzscheibe 22 abstützt, nicht jedoch an der Instrumententafel 20.
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Die Prallfläche 12 des Gassackes 10 weist zwei Abschnitte auf, nämlich einen ersten Abschnitt 12a und einen zweiten Abschnitt 12b. Hierbei ist der zweite Abschnitt 12b derjenige, welcher sich von der Gehäuse-Gasgenerator-Einheit 18 aus betrachtet am weitesten in X-Richtung also entgegengesetzt der Fahrtrichtung ins Fahrzeuginnere in Richtung des Insassen 40 erstreckt. Dieser zweite Abschnitt 12b ist in der ersten Ausführungsform im Wesentlichen eine ebene Fläche, welche im Wesentlichen in der Z-Y-Ebene liegt, jedoch, wie gezeigt, gegen die Z-Richtung auch etwas geneigt sein kann. Natürlich muss dieser zweite Abschnitt 12b nicht eine perfekt ebene Form haben, sondern kann insbesondere auch konvex gewölbt sein. An das obere Ende dieses zweiten Abschnittes 12b schließt sich der erste Abschnitt 12a der Prallfläche 12 an und erstreckt sich vom Insassen 40 weg, also in -X-Richtung. Dieser erste Abschnitt 12a hat in der ersten Ausführungsform eine konkave Form, also insbesondere die Form einer Stufe oder einer Rinne, welche sich in Y-Richtung erstreckt. Somit hat dieser erste Abschnitt 12a einen flacheren und einen steileren Abschnitt, wobei sich der flachere Abschnitt näher beim Insassen befindet als der steilere Abschnitt.
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Die 1 zeigt die Situation eines gegurteten Insassen 40 zu einem frühen Zeitpunkt des Unfalls, nachdem sich der Gassack 10 vollständig entfaltet hat, der Insasse sich jedoch noch nicht Wesentlich aus seiner Ausgangsposition herausbewegt hat. Man sieht hier, dass der zweite Abschnitt 12b der Prallfläche 12 vor dem Schulter-Schlüsselbein-Bereich des Insassen 40 positioniert ist; dem Thorax- und Abdomenbereich des Insassen jedoch ist kein Abschnitt der Prallfläche zugeordnet.
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Die 2 zeigt das in 1 Gezeigte, zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere nachdem die Kraftbegrenzung des Sicherheitsgurtes 32 eingesetzt hat und somit der Brustabschnitt 32a des Sicherheitsgurtes 32 seine Länge vergrößert, der Insasse jedoch weiterhin durch den Beckenabschnitt 32b des Sicherheitsgurtes 32 festgehalten wird, so dass der Oberkörper des Insassen 40 im Wesentlichen eine Kippbewegung um sein Becken durchführt. Hierbei kommt nun der Schulter-Schlüsselbein-Bereich in Kontakt mit dem zweiten Abschnitt 12b der Prallfläche 12, so dass der Gassack 10 ab diesem Zeitpunkt einen Teil der Rückhaltearbeit des Brustabschnittes 32a des Sicherheitsgurtes 32 übernimmt, wobei der zweite Abschnitt 12b der Prallfläche 12 jedoch nicht in Kontakt mit dem Brustkorb des Insassen kommt, so dass an dem Brustkorb keine zum Sicherheitsgurt 32 zusätzlichen Kräfte eingeleitet werden. Dies schont den Brustkorb gegenüber bisherigen Gassäcken, so dass die Gefahr von Rippenbrüchen reduziert wird. Insofern unterstützt der Gassack 10 zu diesem Zeitpunkt in idealer Weise die Rückhaltearbeit des Sicherheitsgurtes 32.
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3 zeigt einen Zeitpunkt, welcher zeitlich hinter dem in 2 Gezeigten liegt. Hier kippt der Kopf des Insassen in den ersten Abschnitt 12a der Prallfläche 12, so dass ein Aufschlagen des Kopfes auf Windschutzscheibe und Armaturenbrett verhindert wird. Die Tatsache, dass der erste Abschnitt 12a gegenüber dem zweiten Abschnitt 12b vom Insassen weg versetzt ist, hat mehrere Vorteile: Zum einen kann hierdurch das Volumen des Gassackes 10 klein gehalten werden, was die bereits erwähnten Vorteile hat. Ein bevorzugtes Volumen des Gassackes 10 liegt bei maximal 60 Liter. Zweitens wird sichergestellt, dass zuerst der Schulter-Schlüsselbein-Bereich auf die Prallfläche 12 auftrifft. Dies bedeutet, dass (wie man später sehen wird) auch im ungegurteten Fall bereits eine Bremsung des Insassen erfolgt ist, bevor der Kopf des Insassen auf die Prallfläche auftrifft. Weiterhin wird einer Überstreckung des Genicks des Insassen entgegengewirkt. Schließlich wird auch verhindert, dass die Prallfläche noch während der Entfaltung des Gassackes den Kopf des Insassen trifft, auch dann, wenn die gewählte Geometrie beziehungsweise die Sitzposition so ist, dass der zweite Abschnitt 12b der Prallfläche 12 schon bei einem sich noch in Ausgangsposition befindenden Insassen an diesen ankoppelt (hierauf wird nochmals später mit Bezug auf 7 näher eingegangen).
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Die 4 und 5 zeigen das eben beschriebene im Falle eines nicht gegurteten Insassen 40 wobei die 4 im Wesentlichen dem Zeitpunkt der 2 und die 5 im Wesentlichen dem Zeitpunkt der 3 entspricht. Man sieht, dass die Art der Kopplung des Insassen an die Prallfläche 12 des Gassacks 10 sehr ähnlich zum Fall des gegurteten Insassen ist, insbesondere dass auch hier eine recht frühe Rückhaltung stattfindet, obwohl der Brust- und Abdomenbereich des Insassen weder von einem Sicherheitsgurt noch vom Gassack berührt wird. Um ein „Nach-Unten-Wegrutschen“ des Insassen zu verhindern, kann der Einsatz eines Knie-Gassackes sinnvoll sein (nicht dargestellt).
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Wie man der 6 entnimmt, ist die Breite b (also die Ausdehnung in Y-Richtung) der Prallfläche 12 vorzugsweise mindestens 450 mm, so dass bei einem durchschnittlichen erwachsenen Insassen beide Schultern auf die Prallfläche auftreffen.
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Da es für den Erfolg der Erfindung wesentlich ist, dass der zweite Abschnitt 12b auf der richtigen Höhe in Bezug auf den Insassen positioniert ist, ist es zu bevorzugen, dass die Erfindung bei Fahrzeugen angewendet wird, welche einen höhenverstellbaren Fahrzeugsitz 30, das heißt einen höhenverstellbaren Beifahrer-Fahrzeugsitz, aufweisen. Die Höhenverstellbarkeit des Fahrzeugsitzes 30 ist hier nicht dargestellt, aus dem Stand der Technik für sich genommen natürlich jedoch bekannt. Erfahrungsgemäß werden vorhandene Sitzhöhenverstellungen von den Insassen auch genutzt, nämlich derart, dass ein großer Insasse, also ein Insasse mit langem Oberkörper, den Sitz nach unten stellt, während ein kleiner Insasse, also ein Insasse mit kurzem Oberkörper, den Sitz nach oben stellt. Hierdurch tritt in der Regel der Effekt auf, dass sich der Schulter-Schlüsselbein-Bereich auch bei unterschiedlich großen Insassen im Wesentlichen auf derselben Höhe befindet.
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Wie man der 7 entnimmt, kann die Geometrie auch so gewählt werden, dass der zweite Abschnitt 12b der Prallfläche 12 schon in einem Zustand an den Insassen koppelt, in dem dieser sich noch in seiner Ausgangsposition befindet. Durch diese sehr frühe Rückhaltung kann die Wirkung des erfindungsgemäßen Gassackes 10 noch verbessert werden, insbesondere dann, wenn der Insasse nicht angegurtet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gassack
- 12
- Prallfläche
- 12a
- erster Abschnitt
- 12b
- zweiter Abschnitt
- 12b', 12b''
- Unterabschnitt
- 14
- Abstützfläche
- 18
- Gehäuse-Gasgenerator-Einheit
- 20
- Instrumententafel
- 22
- Windschutzscheibe
- 30
- Fahrzeugsitz
- 32
- Sicherheitsgurt
- 32a
- Brustabschnitt
- 32b
- Beckenabschnitt
- 40
- Insasse (Dummy)
