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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug, ein Verfahren zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug, ein Airbagsystem für ein Fahrzeug, auf ein entsprechendes Steuergerät sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
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Es existieren unterschiedliche bekannte und verwendete Prinzipien der Gaserzeugung für die Airbagfüllung. Beispielsweise kann ein Luftsack eines Airbags mit pyrotechnisch erzeugten Gasen gefüllt werden. Alternativ kann ein Gasdruckbehälter eines Airbags mittels eines pyrotechnischen Auslösers angestochen werden; in dem Gasdruckbehälter enthaltenes kaltes Gas füllt dann den Luftsack.
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Daneben besteht die Möglichkeit, den Gasdruckbehälter über ein (Magnet-)Ventil abzudichten. Bei Bedarf öffnet das Magnetventil, und ausströmendes Gas füllt den Luftsack. In diesem Zusammenhang offenbart die
DE 10 2007 003 321 A1 eine Verschlussvorrichtung für einen mit Druckgas befüllbaren Druckbehälter eines Kaltgasgenerators, bei der der Ventilkörper in einem Ventilgehäuse verschiebbar angeordnet ist und durch eine äußere wirksame Druckfläche, auf die ein Atmosphärendruck in Schließrichtung wirkt, und durch ein Kraftspeicherelement in einer Schließposition gehalten ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug, ein Verfahren zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Ein mit einem magnetgesteuerten Ventil ausgestatteter Kaltgasgenerator zeichnet sich durch die Möglichkeit des wiederholbaren Absperrens, Einstellens und Öffnens eines hohen Gasvolumenstroms insbesondere für die Füllung eines Airbagluftsacks in Fahrzeugen aus.
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Ein gemäß dem hier vorgestellten Ansatz realisiertes Ventil kann vorteilhaft direkt geschaltet werden und kostensparend mit einer niedrigen Anzahl benötigter Teile auskommen, die zudem mit geringem Gewicht ausgeführt sein können. Dies kann sich besonders bei bewegten Teilen vorteilhaft auswirken. Ein als Schieberventil ausgeführtes Ventil kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen. Ein Öffnen des Ventils kann direkt über einen Magnetaktor erfolgen. Ein Schließen des Ventils kann mittels Verwendung eines geeigneten Federelements stromlos erfolgen.
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In einer ohne Weiteres realisierbaren druckausgeglichenen Ausführung des erfindungsgemäßen Ventils können die zur Bewegung von Ventilelementen erforderlichen Kräfte gering gehalten werden.
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Eine in einer Weiterführung des vorgestellten Konzepts vorgeschlagene Ansteuerstrategie kann durch Anziehen und anschließendes kurzes Abschalten eines das Ventil steuernden Magneten per Selbstinduktion Energie zum Zerstören einer das Kaltgas in einem Bereich des Generators einschließenden Berstscheibe liefern. Die Zerstörung des Berstelements bzw. der Berstscheibe kann beispielsweise unter Verwendung oder Unterstützung einer geeignet angeordneten Zündpille erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Verwendung von Kaltgas. Damit kann für den Luftsack bzw. Airbag ein weniger temperaturbeständiges, kostengünstigeres Material verwendet werden als für einen mit pyrotechnisch erzeugten Gasen zu füllenden Luftsack erforderlich wäre. Auch auf ein sonst mit Pyrotechnik einhergehendes aufwendiges Sicherheitskonzept kann hier verzichtet werden.
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Die Abdichtung eines das Gas unter Hochdruck speichernden Behälters der Vorrichtung mittels des Berstelements anstelle eines Ventils liefert neben der extrem guten Dichtheit weitere Vorteile einer sehr hohen Gasverfügbarkeit über eine große Lebensdauer sowie einer hohen Verfügbarkeit im Bedarfsfall.
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Der in Form des z. B. als Druckfeder ausgeführten Federelements realisierte kleine mechanische Energiespeicher zeichnet sich durch eine sehr hohe Energieverfügbarkeit über eine lange Lebensdauer und eine hohe Funktionssicherheit im Bedarfsfall aus.
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Eine mit der erfindungsgemäßen Konstruktionsweise einhergehende eindeutige Position aller Teile des erfindungsgemäßen Kaltgasgenerators zu jeder Zeit des Produktlebens kann die Funktionssicherheit wesentlich erhöhen. Weiterhin können sich aus der Tatsache, dass ein axialer und damit schlanker Aufbau einer das Ventil umfassenden Generator-Baugruppe einfach realisierbar ist, Vorteile beim Einbau in eine Kfz-Karosserie, z. B. in Rohren, Säulen etc., ergeben. Die wenigen, einfache Teile und wenigen Spaltdichtungen erlauben einen kostengünstigen Aufbau.
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Durch das geringe Eigengewicht der Teile kann auch ein relativ großer zum Öffnen des Ventils erforderlicher Hub des Magneten um z. B. bis zu 3 mm ohne großen Energieaufwand bewerkstelligt werden.
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Eine Vorrichtung zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug weist die folgenden Merkmale auf:
einen Druckbehälter zum Aufnehmen eines unter Druck stehenden Gases, wobei der Druckbehälter zumindest eine Austrittsöffnung zum Auslassen des Gases zu dem Airbag aufweist;
ein den Druckbehälter in eine Hauptkammer und eine die Austrittsöffnung aufweisende Vorkammer unterteilendes Berstelement zum gasdichten Verschließen der Hauptkammer gegenüber der Vorkammer;
ein Ventilelement, das in der Vorkammer zwischen einer Ruheposition und einer Auslöseposition bewegbar angeordnet und ausgebildet ist, um in der Ruheposition die Austrittsöffnung zu verschließen und in einer Bewegung in die Auslöseposition die Austrittsöffnung zumindest teilweise freizugeben;
ein in der Vorkammer angeordnetes und mit dem Ventilelement verbundenes Federelement, das ausgebildet ist, um mittels Federkraft das Ventilelement in der Ruheposition zu halten; und
ein mit dem Ventilelement gekoppelter Magnetaktor, der ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Aktivierungssignal zum Aktivieren des Airbags das Ventilelement in der Vorkammer zwischen der Ruheposition und der Auslöseposition zu bewegen, um den Airbag zu aktivieren.
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Die Vorrichtung kann beispielsweise in einem straßengebunden Fahrzeug wie einem Personen- oder Lastkraftwagen installiert sein und eingesetzt werden, um im Kollisionsfall des Fahrzeugs einen verbesserten Verletzungsschutz für einen Insassen des Fahrzeugs bereitzustellen. Der Druckbehälter kann auch als Gasgenerator bezeichnet werden und ausgebildet sein, um das zum Befüllen des Airbags zu verwendende Gas bis zu einem Zeitpunkt der Aktivierung des Airbags sicher einzuschließen. Die Austrittsöffnung kann in Form einer Durchgangsöffnung in einer Wand des Druckbehälters angeordnet sein. Die Austrittsöffnung kann mit dem Airbag verbunden sein und ausgebildet sein, um das Gas schnell und verlustfrei aus dem Druckbehälter in den Airbag zu leiten, sodass dieser kontrolliert aufgeblasen werden kann. Bei dem Gas kann es sich um Kaltgas handeln. Das Berstelement kann ausgebildet sein, um die Hauptkammer in Form eines Deckels zu verschließen und im Kollisionsfall auf einfache und schnelle Weise zerstört zu werden, sodass das Gas aus der Hauptkammer in die Vorkammer strömen und so die Austrittsöffnung erreichen kann. Ist der Druckbehälter als ein länglicher Zylinder ausgeformt, kann die Hauptkammer einen ersten Abschnitt des Zylinders und die Vorkammer einen zweiten Abschnitt des Zylinders bilden. Beispielsweise kann das Ventilelement in seiner Ruheposition angrenzend an die Hauptkammer in dem Druckbehälter angeordnet sein und in seiner Auslöseposition weiter von der Hauptkammer beabstandet in dem Druckbehälter angeordnet sein. Das Federelement kann an einer dem Berstelement gegenüberliegenden Innenwand der Vorkammer auf einer von dem Berstelement abgewandten Seite des Ventilelements angeordnet sein. Das Federelement kann als eine Druckfeder ausgebildet sein, um mittels Federkraft das Ventilelement in die Ruheposition oder in Richtung der Ruheposition zu drücken. So kann das Federelement eine stromlose Schließung des Ventilelements bewirken. Das Federelement kann entsprechend einer Zylinderform des Druckbehälters ebenfalls zylindrisch ausgebildet sein. Der Magnetaktor kann ausgebildet sein, um die Bewegung des Ventilelements mittels strominduzierter Magnetkraft zu bewirken. Dazu kann der Magnetaktor zweiteilig ausgebildet sein und als ersten Teil einen mit dem Ventilelement direkt verbunden Magnetankerbolzen und als zweiten Teil einen mittels elektromagnetischer Induktion aktivierbaren Magneten aufweisen, der ausgebildet sein kann, um den Magnetankerbolzen mittels Magnetwirkung anzuziehen oder abzustoßen und so das Ventilelement zu bewegen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung kann der Magnetaktor ausgebildet sein, um mittels einer entgegen der Federkraft gerichteten ersten Magnetkraft eine erste Schiebebewegung des Ventilelements in Richtung der Auslöseposition zu bewirken. Die erste Magnetkraft kann durch Anlegen einer ersten Spannung an den Magnetaktor erzeugt werden, wobei die erste Spannung einen Stromfluss in eine erste Richtung in einer Spule des Magnetaktors erzeugen kann. In dieser so erzeugten ersten Schiebebewegung kann das Ventilelement entgegen der Federkraft in Richtung der Auslöseposition gezogen werden, um die Austrittsöffnung ganz oder teilweise freizugeben.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann der Magnetaktor ausgebildet sein, um mittels einer die Federkraft unterstützenden zweiten Magnetkraft eine zweite Schiebebewegung des Ventilelements in Richtung der Ruheposition zu bewirken. Die zweite Magnetkraft kann durch Anlegen einer zweiten Spannung an den Magnetaktor erzeugt werden, wobei die zweite Spannung einen Stromfluss in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung in der Spule des Magnetaktors erzeugen kann. In dieser so erzeugten zu ersten Schiebebewegung entgegengesetzten zweiten Schiebebewegung kann das Ventilelement mit Unterstützung des Federelements in die Ruheposition gedrückt werden, um die Austrittsöffnung ganz oder teilweise zu verschließen.
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Mit diesen genannten zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann durch einfaches Wechseln zwischen den zwei Stromflussrichtungen die Funktionalität des Ventilelements sicher und schnell gesteuert werden. Insbesondere ist eine besonders fein abstimmbare Regulierung eines Öffnungsquerschnitts der Austrittsöffnung möglich.
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Beispielsweise kann das Ventilelement als ein Schieberventil ausgebildet sein, das an einer Innenwand des Druckbehälters gleitend zwischen der Ruheposition und der Auslöseposition verschiebbar angeordnet ist. Beispielsweise kann das Ventilelement als ein zylindrisch ausgeführtes Schieberventil ausgebildet sein, um an einer Innenwand des Druckbehälters zwischen der Ruheposition und der Auslöseposition zu gleiten. Ein derart ausgeführtes Ventilelement zeichnet sich neben geringen Reibungsverlusten durch Robustheit und Kostengünstigkeit aus.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Ventilelement zumindest eine Durchgangsöffnung aufweisen, die so in einer Wand des Ventilelements angeordnet ist, dass in der Ruheposition ein öffnungsloser erster Abschnitt der Wand gegenüber der Austrittsöffnung angeordnet ist, um die Austrittsöffnung zu verschließen, und in der Auslöseposition ein die Durchgangsöffnung aufweisender zweiter Abschnitt der Wand zumindest teilweise gegenüber der Austrittsöffnung angeordnet ist, um die Austrittsöffnung zumindest teilweise zu öffnen. Die Durchgangsöffnung kann in Größe und Form der Austrittsöffnung entsprechen. Entsprechend einer möglichen Mehrzahl von in dem Druckbehälter angeordneten Austrittsöffnungen kann das Ventilelement eine entsprechende Mehrzahl von geeignet positionierten Durchgangsöffnungen aufweisen. Mithilfe der mindestens einen Durchgangsöffnung kann ein Volumenstrom des Gases aus dem Druckbehälter in den Airbag besonders exakt eingestellt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung kann das Ventilelement zumindest eine Strömungskraftkompensationsöffnung zum Zulassen eines Gasstroms zwischen einem an das Berstelement angrenzenden Steuerraum der Vorkammer und einem an den Steuerraum angrenzenden Federraum der Vorkammer aufweisen. Basierend auf der ersten bzw. zweiten Schiebebewegung des Ventilelements können sich Volumina des Steuerraums und des Federraums im Aktivierungsprozess des mit der Vorrichtung verbundenen Airbags kontinuierlich verändern. Mit der mindestens einen Strömungskraftkompensationsöffnung kann ein Widerstand gegen die die erste bzw. zweite Schiebebewegung verringert werden, sodass die erste bzw. zweite Schiebebewegung schneller durchgeführt werden kann. So kann ein Zeitraum zum geeigneten Aktivieren des Airbags vorteilhaft verkürzt werden.
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Beispielsweise kann die zumindest eine Strömungskraftkompensationsöffnung in einem quer zu der Wand des Ventilelements ausgerichteten Deckel des Ventilelements angeordnet sein. Der Deckel kann einen zu dem Federraum hin ausgerichteten Abschluss eines in Form einer Hülse ausgebildeten Ventilelements bilden. Diese Ausführungsform ermöglicht die Ausbildung des Ventilelements mit einem besonders geringen Gewicht. Ein derartiges ausgeformtes Ventilelement kann noch schneller bewegt werden. Zudem kann ein Gesamtgewicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft verringert werden.
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Alternativ kann die zumindest eine Strömungskraftkompensationsöffnung einen in der Wand des Ventilelements angeordneten in einer Haupterstreckungsrichtung der Wand des Ventilelements verlaufenden Strömungskanal bilden. In dieser Ausführungsform kann die Vorrichtung mit besonders geringen Abmessungen gefertigt werden. Es ergeben sich daraus bedeutende Bauraumvorteile.
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Auch kann die Vorrichtung ein thermochemisches Element zum Zerstören des Berstelements ansprechend auf das Aktivierungssignal zum Aktivieren des Airbags aufweisen. Das thermochemische Element kann in Form einer oder einer Mehrzahl von Zündpillen auf dem Berstelement angeordnet sein. Energie zur Zündung des pyrotechnischen Elements kann mittels Selbstinduktion in einer Spule des Magnetaktors bereitgestellt werden. Vorteilhafterweise kann damit bereits vorhandene Energie für eine weitere Funktionalität der Vorrichtung genutzt werden und die Vorrichtung damit besonders energieeffizient arbeiten.
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Ein Airbagsystem für ein Fahrzeug weist die folgenden Merkmale auf:
eine Vorrichtung zum Aktivieren eines Airbags gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen; und
einen Airbag, der so mit der Vorrichtung verbunden ist, dass basierend auf der ersten Schiebebewegung und/oder der zweiten Schiebebewegung des Ventilelements der Airbag über die Austrittsöffnung mit dem Gas gefüllt wird.
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Ein Verfahren zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren unter Verwendung einer Vorrichtung ausgeführt wird, die einen Druckbehälter zum Aufnehmen eines unter Druck stehenden Gases, wobei der Druckbehälter zumindest eine Austrittsöffnung zum Auslassen des Gases zu dem Airbag aufweist, ein den Druckbehälter in eine Hauptkammer und eine Vorkammer unterteilendes Berstelement zum gasdichten Verschließen der Hauptkammer gegenüber der Vorkammer, ein Ventilelement, das in der Vorkammer zwischen einer Ruheposition und einer Auslöseposition bewegbar angeordnet und ausgebildet ist, um in der Ruheposition die Austrittsöffnung zu verschließen und in einer Bewegung in die Auslöseposition die Austrittsöffnung zumindest teilweise freizugeben, ein in der Vorkammer angeordnetes und mit dem Ventilelement verbundenes Federelement, das ausgebildet ist, um mittels Federkraft das Ventilelement in der Ruheposition zu halten, und einen mit dem Ventilelement gekoppelten Magnetaktor aufweist, weist den folgenden Schritt auf:
Ausgeben eines Aktivierungssignals an den Magnetaktor, um das Ventilelement in der Vorkammer zu bewegen, um den Airbag zu aktivieren.
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Das Verfahren kann dazu geeignet sein, von einem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer der oben beschriebenen Ausführungsformen gekoppelten Steuergerät durchgeführt bzw. umgesetzt zu werden. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Verfahrens kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Airbagsystems für ein Fahrzeug, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3A eine Prinzipdarstellung eines ersten Funktionszustands einer Vorrichtung zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3B eine Prinzipdarstellung eines zweiten Funktionszustands der Vorrichtung aus 3A;
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4 eine Funktionsabfolge einer Vorrichtung zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Darstellung zur Erläuterung einer Strömungskraftkompensation für eine Vorrichtung zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt anhand einer stark vereinfachten Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines Airbagsystems 100 für ein Fahrzeug. Das Airbagsystem 100 umfasst einen Airbag 102 sowie eine mit dem Airbag 102 gekoppelte Vorrichtung 104 zum Aktivieren des Airbags 102. Das Airbagsystem 100 ist in ein Fahrzeug 106 – hier einen Pkw – installiert, um im Fall einer Kollision des Fahrzeugs 106 einen Insassen 108 – hier einen Fahrer – des Fahrzeugs 106 vor kollisionsbedingten Verletzungen zu schützen. Die Vorrichtung 104 ist hier in Form eines Kaltgasgenerators ausgeführt, in dem Kaltgas unter Druck gespeichert ist und der im Falle einer Kollision des Fahrzeugs 106 das Kaltgas in den Airbag 102 einströmen lässt, um diesen explosionsartig zu füllen und so eine kollisionsbedingte Vorwärtsbewegung des Insassen 108 geeignet abzufangen und zu verzögern. Der Airbag 102 ist in der Darstellung in 1 nur aus Verständnisgründen gezeigt, im Allgemeinen ist der Airbag 102 vor Kollisionsbeginn unsichtbar im Fahrzeug 106 angeordnet, beispielsweise in ein Lenkrad des Fahrzeugs 106 integriert. Wie die Darstellung in 1 zeigt, weist die Vorrichtung 104 ein im Inneren der Vorrichtung 104 angeordnetes Ventilelement 110 auf, das ausgebildet ist, um einen Strom des Kaltgases aus der Vorrichtung 104 in den Airbag 102 zu regeln. Die Darstellung in 1 zeigt ferner ein Steuergerät 112, das beispielsweise über ein Leitungssystem mit der Vorrichtung 104 gekoppelt ist. Im Fall einer Kollision des Fahrzeugs 106 empfängt die Vorrichtung 104 ein Aktivierungssignal 114 von dem Steuergerät 112. Ansprechend auf das Aktivierungssignal 114 bewirkt die Vorrichtung 104 eine erste oder zweite Schiebebewegung des Ventilelements 110, um den Kaltgasstrom aus der Vorrichtung 104 in den Airbag 102 zu regeln.
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2 zeigt anhand einer Längsschnittdarstellung einen Ausschnitt aus dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 104. Gezeigt ist ein Druckbehälter 200. Der Druckbehälter 200 weist hier eine zylindrische Form auf und ist ausgebildet, um ein Kaltgas zum Befüllen des in 1 gezeigten Airbags unter Druck zu speichern. An einer Innenwand 202 des Druckbehälters bzw. Druckspeichers 200 ist quer zu einer mittels einer Strichlinie gekennzeichneten Längsachse 204 des Druckbehälters 200 ein Berstelement 206 angeordnet. Das Berstelement 206 ist hier als eine flache Berstscheibe ausgeführt, die vor Aktivierung der Vorrichtung 104 so mit einer an der Innenwand 202 umlaufenden Nase 207 des Druckbehälters 200 verbunden ist, dass sie eine gasdichte Trennung des Druckbehälters 200 in eine Hauptkammer 208 und eine Vorkammer 210 bildet. Vor einer Aktivierung der Vorrichtung 104 ist das Kaltgasvolumen in der Hauptkammer 208 gespeichert.
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Gezeigt ist ferner das druckausgeglichene direkte Ventilelement 110 zum Steuern des Kaltgasgenerators 104. Das Ventil 110 liegt in einer mittels eines ersten Pfeils gekennzeichneten ersten Schiebebewegung 212 und einer mittels eines zweiten Pfeils gekennzeichneten zweiten Schiebebewegung 214 bewegbar gleitend an der Innenwand 202 des Druckbehälters 200 an. Basierend auf der Betätigung des Ventils bzw. Ventilelements 110 in Form der ersten Schiebebewegung 212 bzw. der zweiten Schiebebewegung 214 handelt es sich bei dem Ventil 110 um ein Schieberventil. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 104 ist das Schieberventil 110 als eine Kolbenhülse ausgeführt, die in ihrem Inneren einen Hohlraum aufweist. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist eine Wand 215 der Kolbenhülse 110 wie der Druckbehälter 200 eine Zylinderform auf, deren Außenumfang im Wesentlichen einem Innenumfang des Druckbehälters 200 entspricht, sodass das Ventil 110 mit einer geeigneten Toleranz so an der Innenwand 202 des Druckbehälters 200 anliegen kann, dass die erste Schiebebewegung 212 bzw. die zweite Schiebebewegung 214 möglichst reibungsarm verlaufen kann. Wie die Darstellung in 2 zeigt, weist die Wand 215 des Schieberventils 110 zwei einander gegenüberliegende Durchgangsöffnungen 216 auf. Das Ventil 110 kann gemäß Ausführungsbeispielen auch nur eine oder mehr als zwei Hülsenöffnungen bzw. Durchgangsöffnungen 216 aufweisen. Die Durchgangsöffnungen 216 sind so in der Hülsenwand 215 positioniert, dass sie in der ersten Schiebebewegung 212 bzw. zweiten Schiebebewegung 214 zumindest teilweise mit zwei Austrittsöffnungen 218 in dem Druckbehälter 200 zur Deckung gebracht werden können. Die Ausströmbohrungen bzw. Austrittsöffnungen 218 sind mit dem in 2 nicht gezeigten Airbag des anhand der 1 erläuterten Airbagsystems verbunden, um im Aktivierungsfall des Airbagsystems den Airbag explosionsartig mit dem Kaltgas aus der Hauptkammer 208 des Druckbehälters 200 zu füllen. In der Darstellung in 2 befindet sich das Ventil 110 in einer Ruheposition, in der ein öffnungsloser Abschnitt der Wand 215 des Ventils 110, also ein Abschnitt, der keine Durchgangsöffnungen 216 aufweist, gegenüber den Austrittsöffnungen 218 angeordnet ist, sodass die Austrittsöffnungen 218 verschlossen sind.
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Das bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 104 als eine Kolbenhülse ausgeführte Ventilelement 110 umfasst einen Deckel 220, der die Hülse an einem in der Darstellung in 2 oberen Ende abschließt. Über den Deckel 220 ist das Ventilelement 110 mit einem Magnetankerbolzen 222 verbunden, der einen Teil eines Magnetaktors zum Betätigen des Ventils 110 bildet. Der Deckel 220 unterteilt die Vorkammer 210 in einen Federraum 224 und einen Steuerraum 226. In dem Federraum 224 ist ein Federelement 228 angeordnet, das ausgebildet ist, um die durch den Magnetaktor eingeleitete erste Schiebebewegung 212 bzw. zweite Schiebebewegung 214 geeignet zu ergänzen bzw. kompensieren. Eine Fluidverbindung zwischen dem Federraum 224 und dem Steuerraum 226 wird durch eine Mehrzahl von in dem Deckel 220 angeordneten Strömungskraftkompensationsöffnungen 230 zum Durchlassen von Gas zwischen der Steuerkammer 226 und der Federkammer 224 gebildet. Über die Strömungskraftkompensationsöffnungen 230 wird im Aktivierungsfall der Vorrichtung 104 eine Strömungskraftkompensation bereitgestellt, die eine für die Funktionalität der erfindungsgemäßen Vorrichtung 104 ausreichende Geschwindigkeit der ersten Schiebebewegung 212 bzw. zweiten Schiebebewegung 214 ermöglicht. Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Deckel 220 eine beliebige Anzahl von Strömungskraftkompensationsöffnungen 230 aufweisen.
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Das als Kolbenhülse ausgeführte Schieberventil 110 ist in dem in 2 gezeigten Funktionszustand der Vorrichtung 104 durch das in Richtung der zweiten Schiebebewegung 214 wirkende Federelement 228 stromlos geschlossen. Die Ausströmbohrungen 218 sind in diesem Funktionszustand durch die Hülse 110 verdeckt. Zur Betätigung des Ventils 110 dient der Magnetaktor, von dem in der Darstellung in 2 lediglich der Magnetankerbolzen 222 gezeigt ist. Durch Selbstinduktion stellt der Magnetaktor eine zur erstmaligen Öffnung des Druckbehälters 200 benötigte Energie zur Zerstörung der Berstscheibe 206 bereit. Die Berstscheibe 206, die gasdicht mit dem Druckbehälter 200 verbunden ist, schließt das unter Hochdruck stehende Gas langzeitdicht in der Hauptkammer 208 ein. Die Auslösung, d. h. der Prozess zur Zerstörung der Berstscheibe 206, erfolgt durch kurzzeitiges Anziehen und Abschalten des Magnetaktors, wobei Energie infolge von Selbstinduktion in einer (in 2 nicht gezeigten) Spule des Magnetaktors genutzt wird, um mittels pyrotechnischer Zündpillen (in der Abbildung in 2 ebenfalls nicht dargestellt) den Vorgang zu starten.
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Das Öffnen und Halten des Schieberventils 110 in einer in der Darstellung in 2 nicht gezeigten Auslöseposition erfolgt direkt durch Ansteuern des Magneten bzw. Magnetaktors, um die in der Wand 215 vorgesehenen Öffnungen 216 in der ersten Schiebebewegung 212 mit den Ausströmbohrungen 218 in Überdeckung zu bringen. Der Federraum 224 besitzt über die Strömungskraftkompensationsöffnungen 230 hinreichend große Verbindungen zum Steuerraum 226, um Druckausgleich zu gewährleisten. Durch diese konstruktive Gestaltung der Druckflächen ist das Schieberventil 110 somit druckausgeglichen ausgeführt und kann die Strömungskraftkompensation bereitstellen. Infolge dessen ist in der Auslöseposition lediglich eine geringe Magnetkraft zum Offenhalten des Ventils 110 erforderlich. Zum Schließen des Ventils 110 wird die Magnetaktorik bzw. der Magnetaktor stromlos geschaltet, und das Federelement 228 bewegt den Schieber 110 in die geschlossene Stellung des in 2 gezeigten Ruhezustands der Vorrichtung 104.
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3A zeigt anhand einer Prinzipdarstellung einen ersten Funktionsabschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 104 zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug. Anstelle der in 2 gezeigten Hülse ist hier der Ventilkörper des Schieberventils 110 als ein Kolben mit zwei axialen Bohrungen ausgeführt, die hier die Strömungskraftkompensationsöffnungen 230 bilden. Der Ventilkörper 110 ist mit dem Magnetankerbolzen 222 fest verbunden. In diesem in 3A illustrierten ersten Funktionszustand ist die Vorrichtung 104 vor einer Aktivierung bzw. im Ruhezustand gezeigt. Das Ventil 110 befindet sich in der Ruheposition und ist mittels der Federkraft des Federelements 228 stromlos geschlossen. Ein öffnungsloser Abschnitt des Kolbens 110 verschießt die Austrittsöffnungen bzw. Ausströmbohrungen 218.
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3B zeigt anhand einer weiteren Prinzipdarstellung einen zweiten Funktionszustand der Vorrichtung 104 aus 3A. Hier ist die Vorrichtung 104 im Auslösezustand gezeigt. Nach Zerstörung der Berstscheibe 206 wird das Ventil bzw. der Kolben 110 durch den an der Stirnseite zum Druckbehälter 200 anliegenden hohen Druck gegen die Feder 228 geöffnet. Dabei werden die Ausströmbohrungen bzw. Austrittsöffnungen 218 freigegeben und der mit den Austrittsöffnungen 218 verbundene – in der Darstellung in 3B nicht gezeigte – Airbag füllt sich. Für den Druckausgleich sorgen hier die axialen Kolbenbohrungen 230. Das Schließen des Ventils 110 erfolgt, wie in 2 beschrieben.
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Bei dem anhand der 2 bis 3B illustrierten Vorrichtung 104 können das Ventil 110 und der Magnetankerbolzen 222 einstückig gebildet, beispielsweise mittels eines Fräsverfahrens hergestellt, sein.
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4 zeigt anhand einer Reihe von Situations- bzw. Zustandsskizzen eine Funktionsabfolge eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 104 aus den vorstehenden 1 bis 3B. Die Vorrichtung 104 ist hier jeweils im Längsschnitt und zur besseren Übersichtlichkeit in vereinfachter Form dargestellt. In einer ersten Situationsskizze 400 befindet sich die Vorrichtung 104 vor einer Aktivierung im Ruhezustand. Das Schieberventil 110 ist stromlos geschlossen und wird von dem Federelement 228 mittels Federkraft in der Ruheposition gehalten. Wie die Darstellung in der Skizze 400 zeigt, verschließt das Ventil 110 in der Ruheposition die Austrittsöffnung 218, sodass kein Gas durch diese austreten kann. Das Berstelement 206 ist intakt und schließt das Gas in der Hauptkammer des hier nicht gezeigten Druckbehälters unter Druck ein.
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Eine zweite Skizze 402 zeigt die Vorrichtung 104 zu Beginn des Aktivierungsstandes. An einen mit dem Magnetankerbolzen 222 eines Magnetaktors 404 der Vorrichtung 104 gekoppelten Magneten 406 wird eine elektrische Spannung angelegt. Über eine so in dem Magneten 406 induzierte Magnetkraft wird der mit dem Schieberventil 110 fest verbundene Magnetankerbolzen 222 entgegen der Federkraft in einer Richtung der ersten Schiebebewegung 212 gezogen. Die Berstscheibe 206 wird mittels Selbstinduktion zerstört, um ein in dem hier nicht gezeigten Druckbehälter unter Druck gespeichertes Kaltgas zum Ausströmen freizugeben.
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Eine dritte Skizze 408 zeigt die Vorrichtung 104 am Ende des Aktivierungszustandes. Der Magnet 406 hat den Magnetanker 222 und das mit ihm verbundene Ventil 110 vollständig angezogen, sodass das Ventil 110 sich hier in der Auslöseposition befindet. In dieser Position hat das Schieberventil 110 die Austrittsöffnung 218 vollständig freigegeben. Ein Strom eines Kaltgases 410 strömt am nun zerstörten Berstelement 206 vorbei aus dem hier nicht gezeigten Druckbehälter durch die vollständig geöffnete Ausströmbohrung 218 in den hier nicht gezeigten mit der Ausströmbohrung 218 verbundenen Airbag, um diesen explosionsartig zu füllen. Das Ventil 110 wird mittels der Magnetkraft so lange offen gehalten, bis ein gewünschter Volumenstrom des Gases 410 geflossen ist. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 104 wird das Ventil 110 für eine Dauer von 2 ms bis 10 ms offen gehalten.
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Eine vierte Skizze 412 zeigt die Vorrichtung 104, nachdem sie nach der Aktivierung wieder in den Ruhezustand zurückgekehrt ist. Die Stromzufuhr zu dem Magneten wurde unterbrochen, sodass das Federelement 228 das Ventil 110 wieder in die Ruheposition zurückbewegt hat. Das Ventil 110 ist nun wieder stromlos geschlossen und damit abgeschaltet. Die Austrittsöffnung 218 ist hier wieder vollständig geschlossen.
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5 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer Strömungskraftkompensation für eine anhand der vorstehenden Figuren erläuterte Vorrichtung zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug. Über die in der Darstellung gezeigte in dem Deckel 220 angeordnete Strömungskraftkompensationsöffnung 230 kann während der Schiebebewegung des Ventils Gas 410 zwischen dem in der Darstellung in 5 nicht gezeigten Steuerraum und dem ebenfalls in der Darstellung nicht gezeigten Federraum strömen. So kann ein Kraftaufwand zum Bewegen des Ventils auf einfache Weise vorteilhaft verringert werden. Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung weist der Deckel 220 eine beliebige Anzahl von Strömungskraftkompensationsöffnung 230 auf.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 600 zum Aktivieren eines Airbags für ein Fahrzeug. Das Verfahren 600 kann von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele in Zusammenhang einem Steuergerät, das mit der Vorrichtung gekoppelt ist, ausgeführt werden. In einem Schritt 602 gibt das Steuergerät über eine geeignete Schnittstelle ein Aktivierungssignal an einen Magnetaktor der Vorrichtung aus. In einem Schritt 604 bewegt der Magnetaktor basierend auf dem Aktivierungssignal mittels Magnetkraft ein Ventilelement der Vorrichtung in einer Vorkammer eines Druckbehälters der Vorrichtung zwischen einer Ruheposition und einer Auslöseposition, um den Airbag zu aktivieren.
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Die hierin vorgestellt erfindungsgemäße Vorrichtung ist gut geometrisch nachweisbar. Ein Einsatz der Vorrichtung ist in zukünftigen Gasgeneratoren für Airbagsysteme oder andere Gas-/Medienverbraucher im Kraftfahrzeug oder anderen Anwendungen in der Industrie denkbar.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007003321 A1 [0003]
