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Die Erfindung betrifft ein Gassackmodul für ein Fahrzeuglenkrad, mit einem Modulgehäuse, das einen Modulboden aufweist, einem Gasgenerator, der eine Generatorachse und ein Generatorgehäuse aufweist, sowie einer Tilgereinheit zur schwingfähigen Befestigung des Gasgenerators am Modulgehäuse, wobei das Generatorgehäuse einen Generatorflansch aufweist, über den der Gasgenerator mit der Tilgereinheit verbunden ist.
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Bei vielen Fahrzeuglenkrädern treten im Leerlauf oder in bestimmten Geschwindigkeitsbereichen des Fahrzeugs Vibrationen auf, die vom Fahrer als störend empfunden werden. Diese Vibrationen sind unter anderem auf die starre Kopplung des Fahrzeuglenkrads mit der Lenksäule zurückzuführen.
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Es ist bekannt, zur Vermeidung der unerwünschten Lenkradschwingungen sogenannte Schwingungstilger einzusetzen, um die Eigenfrequenz des Gesamtsystems so abzustimmen, dass sie in einem unkritischen Bereich liegt. Derzeit wird als gegenschwingende Tilgermasse beispielsweise der Gasgenerator eines im Lenkrad angeordneten Gassackmoduls eingesetzt.
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Allerdings hat sich herausgestellt, dass durch die schwingfähige Lagerung des Gasgenerators Undichtigkeiten entstehen, welche nach einer Aktivierung des Gassackmoduls zu einem unerwünschten Abströmen von Generatorgas nach außerhalb des Gassacks führen. Dieser Gasverlust kann zwar durch zusätzlichen Treibstoff kompensiert werden, was jedoch zu größeren Gasgeneratoren, einem geänderten Entfaltungsverhalten des Gassacks sowie zusätzlichen Kosten führt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gassackmodul mit einem schwingfähig gelagerten Gasgenerator zu schaffen, bei dem die oben beschriebenen, unerwünschten Gasverluste minimiert sind.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Gassackmodul der eingangs genannten Art, bei dem am Generatorgehäuse auf einer vom Modulboden abgewandten Seite des Generatorflansches ein erstes Dichtelement vorgesehen ist, welches in einem unausgelösten Grundzustand des Gasgenerators von einem modulgehäusefesten, zweiten Dichtelement durch einen Spalt mit einer Spaltbreite s1 beabstandet ist, wobei das erste Dichtelement im ausgelösten Zustand des Gasgenerators axial in Richtung zum Modulboden beaufschlagt ist und der Spalt zum zweiten Dichtelement zumindest eine gegenüber der ersten Spaltbreite verringerte zweite Spaltbreite aufweist oder im Wesentlichen geschlossen ist. Im unausgelösten Grundzustand ermöglicht der vordefinierte Spalt eine begrenzte Bewegung des Gasgenerators relativ zum Modulgehäuse, um als Schwingungstilger unerwünschte Vibrationen des Fahrzeuglenkrads zu dämpfen. Bei einer Aktivierung des Gassackmoduls wird dann der Gasströmungsdruck des freigesetzten Generatorgases in vorteilhafter Weise genutzt, um diesen Spalt zu minimieren oder idealerweise vollständig zu schließen.
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In einer Ausführungsform weist das Gassackmodul eine modulgehäusefeste Diffusorkappe auf, die den Gasgenerator umgibt und von diesem beabstandet ist. Auf diese Weise kommt ein im Modulgehäuse aufgenommenes, gefaltetes Gassackpaket nicht in direkten Kontakt mit dem Gasgenerator, sodass eine gewisse Generatorbeweglichkeit zur Schwingungstilgung sichergestellt ist.
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Das erste Dichtelement ist bevorzugt als separates Bauteil ausgeführt und fest mit dem Generatorgehäuse verbunden, insbesondere verpresst. Alternativ sind jedoch auch andere feste Verbindungen wie zum Beispiel eine Verklebung oder Verschweißung denkbar. Theoretisch kann das Dichtelement sogar einstückig in das Generatorgehäuse integriert sein, wobei dies mit erheblichem Fertigungsaufwand verbunden ist.
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Das erste Dichtelement kann insbesondere ein bezüglich der Generatorachse in Umfangsrichtung geschlossen umlaufender Dichtring sein.
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In einer weiteren Ausführungsform des Gassackmoduls weist das Generatorgehäuse wenigstens eine Gasauslassöffnung auf, wobei das erste Dichtelement in Gasauslassrichtung an die wenigstens eine Gasauslassöffnung angrenzt und ausströmendes Generatorgas in eine Richtung vom Modulboden weg umlenkt. Dadurch wird das Dichtelement mitsamt dem fest verbundenen Gasgenerator in Richtung zum Modulboden hin beaufschlagt und damit unter Verformung der Tilgereinheit zum Modulboden hin bewegt, sodass sich eine Spaltbreite des zwischen den Dichtelementen vorgesehenen Spalts verringert. Besonders bevorzugt kommt es sogar zu einer Anlage des Dichtelements am modulgehäusefesten Kontaktelement, sodass der Spalt vollkommen geschlossen ist. Im Übrigen trägt auch bereits die Umlenkung des Generatorgases vom Modulboden weg zu einer Verringerung der Gasverluste bei.
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Das modulgehäusefeste zweite Dichtelement kann ein bezüglich der Generatorachse in Umfangsrichtung geschlossen umlaufender Wandabschnitt sein, wobei dieser Wandabschnitt insbesondere einstückig mit der Tilgereinheit ausgebildet ist. Die Tilgereinheit ist bevorzugt ein (unter Umständen faserverstärktes oder metallverstärktes) Kunststoffteil, beispielsweise ein Spritzgussteil.
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Vorzugsweise erstreckt sich dieser Wandabschnitt in axialer Richtung und weitet sich an einem vom Modulboden abgewandten Ende zumindest innenseitig konisch auf, um einen Dichtkonus zu bilden. Bei einer Kunststofffertigung der Tilgereinheit lässt sich ein solcher Wandabschnitt mit Dichtkonus einfach anformen, sodass bei der Herstellung kein nennenswerter Mehraufwand anfällt.
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Gemäß einer Ausführungsform des Gassackmoduls ist das erste Dichtelement ringförmig ausgebildet und weist einen Konusabschnitt auf, der axial an den oben erwähnten Dichtkonus des Wandabschnitts angrenzt. Dabei sind der Konusabschnitt des ersten Dichtelements und der Dichtkonus des zweiten Dichtelements im unausgelösten Grundzustand des Gasgenerators axial voneinander beabstandet und im ausgelösten Zustand des Gasgenerators demgegenüber zumindest axial angenähert, wobei die Dichtelemente im ausgelösten Zustand des Gasgenerators idealerweise sogar wenigstens temporär aneinander anliegen. Der beschriebene radiale Überlapp zwischen dem Konusabschnitt und dem Dichtkonus sorgt bei einer Aktivierung des Gasgenerators für eine gute Abdichtung, führt jedoch unter Montagegesichtspunkten zu einem deutlichen Mehraufwand.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Gassackmoduls ist das erste Dichtelement ringförmig ausgeführt und weist einen Konusabschnitt auf, wobei ein Innendurchmesser des am zweiten Dichtelement ausgebildeten Dichtkonus wenigstens so groß wie ein Außendurchmesser des am ersten Dichtelement ausgebildeten Konusabschnitts ist. Besonders bevorzugt ist der Innendurchmesser des Dichtkonus geringfügig größer als der Außendurchmesser des Konusabschnitts, sodass ein minimaler Radialspalt vorhanden ist. Dieser Radialspalt führt zwar zu einer gewissen Beeinträchtigung der Abdichtung, ermöglicht aber eine besonders einfache und schnelle Montage des Gasgenerators an der Tilgereinheit.
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Der Konusabschnitt des ersten Dichtelements und der Dichtkonus des zweiten Dichtelements können im Wesentlichen gleiche Konuswinkel aufweisen. Dies ist insbesondere bei einer Ausführungsform mit radialem Überlapp und zumindest temporärer Anlage zwischen Konusabschnitt und Dichtkonus besonders vorteilhaft, da sich eine besonders gut dichtende, flächige Anlage einstellt.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform des Gassackmoduls ist ein Gassack vorgesehen, der ein mit Generatorgas befüllbares Gassackinneres definiert, wobei sich der Gasgenerator durch einen Gassackmund des Gassacks ins Gassackinnere erstreckt und wobei der Dichtkonus des modulgehäusefesten, zweiten Dichtelements im Gassackinneren angeordnet ist. Aufgrund dieser Anordnung befindet sich selbst Leckagegas, welches durch den Spalt zwischen den Dichtelementen strömt, noch im Gassackinneren und muss nicht zwangsläufig nach außerhalb des Gassacks strömen. Folglich kann auch dieser Effekt zu einer weiteren Verringerung der Gasverluste beitragen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigt:
- - 1 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gassackmoduls vor dessen Aktivierung;
- - 2 die Schnittansicht des Gassackmoduls gemäß 1 nach dessen Aktivierung;
- - 3 eine Schnittansicht durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gassackmoduls vor dessen Aktivierung;
- - 4 die Schnittansicht des Gassackmoduls gemäß 3 nach dessen Aktivierung; und
- - 5 einen Detail D des Gassackmoduls gemäß 4 im Bereich zweier Dichtelemente des Gassackmoduls.
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Die 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform eines Gassackmoduls 10 für ein um eine Lenkachse drehbares Fahrzeuglenkrad, wobei in 1 der Zustand vor einer Aktivierung und in 2 der Zustand nach einer Aktivierung des Gassackmoduls 10 dargestellt ist.
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Das Gassackmodul 10 weist einen Gasgenerator 12 mit einem Generatorgehäuse 14 auf sowie ein Modulgehäuse 16 und eine Tilgereinheit 18 zur schwingfähigen Befestigung des Gasgenerators 12 am Modulgehäuse 16, wobei das Generatorgehäuse 14 einen Generatorflansch 20 aufweist, über den der Gasgenerator 12 mit der Tilgereinheit 18 elastisch verbunden ist.
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Konkret ist die Tilgereinheit 18 in den dargestellten Ausführungsbeispielen ein Schwingungstilgerring mit mehreren über den Umfang verteilten, elastischen Dämpfungsgliedern 22, welche sich ausgehend von einem weitgehend starren, umlaufenden Ringabschnitt des Schwingungstilgerrings axial in Richtung zu einer Lenkradnabe des Fahrzeuglenkrads erstrecken. Die elastischen Dämpfungsglieder 22 sind gemäß 1 in Öffnungen des Generatorflansches 20 eingeknüpft, sodass der Gasgenerator 12 hängend und schwingfähig am Schwingungstilgerring befestigt ist. Mit anderen Worten ist der Gasgenerator 12 so gelagert, dass die Dämpfungsglieder 22 in einem am Fahrzeuglenkrad montierten Zustand des Gassackmoduls 10 axial auf Zug belastet werden. Bei einer Auslösung des Gasgenerators 12 werden die Dämpfungsglieder 22 durch den im Gassackmodul 10 entstehenden Gasströmungsdruck zusätzlich auf Zug belastet und dabei verformt oder, wie in 2 dargestellt, aus den Öffnungen des Generatorflansches 20 herausgezogen. Der Gasgenerator 12 bewegt sich dabei in axialer Richtung und stützt sich schließlich an einem Modulbauteil ab. Diese axiale Bewegung des Gasgenerators 12 wird auch als „Setzen“ des Gasgenerators 12 bezeichnet und kann zur Verringerung einer Gasleckage genutzt werden.
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Im unausgelösten Grundzustand des Gasgenerators 12 gemäß 1 muss zur Tilgung unerwünschter Lenkradschwingungen eine gewisse Beweglichkeit des Gasgenerators 12 gewährleistet sein. Daher ist in den dargestellten Ausführungsvarianten beispielhaft eine modulgehäusefeste Diffusorkappe 26 vorgesehen, die den Gasgenerator 12 umgibt und von diesem beabstandet ist. Auf diese Weise kommt ein im Modulgehäuse 16 aufgenommener und in 1 angedeuteter, gefalteter Gassack 28 nicht in direkten Kontakt mit dem Gasgenerator 12, sodass dieser begrenzt beweglich bleibt.
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Der Gasgenerator 12 weist gemäß den 1 und 2 eine Generatorachse A auf, welche sich im eingebauten Zustand des Gassackmoduls 10 im Wesentlichen parallel zur Lenkachse des Fahrzeuglenkrads erstreckt. Im Übrigen hat das Modulgehäuse 12 einen Modulboden 30, der im eingebauten Zustand des Gassackmoduls 10 axial an die Nabe des Fahrzeuglenkrads angrenzt.
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Auf einer vom Modulboden 30 abgewandten Seite des Generatorflansches 20 ist am Generatorgehäuse 14 ein erstes Dichtelement 32 vorgesehen, welches im unausgelösten Grundzustand des Gasgenerators 12 gemäß 1 von einem modulgehäusefesten zweiten Dichtelement 34 durch einen Spalt 36 mit einer ersten Spaltbreite s1 beabstandet ist. Der Spalt 36 ist dabei insbesondere ein umlaufender Ringspalt mit einer in Umfangsrichtung weitgehend konstanten Spaltbreite.
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Im ausgelösten Zustand des Gasgenerators 12 gemäß 2 ist das erste Dichtelement 32 durch eine aus dem Gasströmungsdruck resultierende Setzungskraft F axial in Richtung zum Modulboden 30 beaufschlagt, wobei der Spalt 36 zwischen den Dichtelementen 32, 34 zumindest eine gegenüber der ersten Spaltbreite s1 verringerte zweite Spaltbreite s2 aufweist oder im Wesentlichen geschlossen ist.
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Das erste Dichtelement 32 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen ein bezüglich der Generatorachse A in Umfangsrichtung geschlossen umlaufender Dichtring. Ferner ist das erste Dichtelement 32 als separates Bauteil ausgeführt und fest mit dem Generatorgehäuse 14 verbunden, insbesondere verpresst, verklebt oder verschweißt. Vorzugsweise ist das erste Dichtelement 32 ein Metallring, insbesondere ein Stahlring, wobei alternativ aber auch eine Fertigung aus einem widerstandsfähigen Kunststoff denkbar ist.
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Das Generatorgehäuse 14 weist wenigstens eine bezüglich der Generatorachse A radiale Gasauslassöffnung 38 auf, wobei das erste Dichtelement 32 in radialer Gasauslassrichtung an die wenigstens eine Gasauslassöffnung 38 angrenzt und ausströmendes Generatorgas in eine Richtung vom Modulboden 30 weg umlenkt (siehe Pfeil 24). Durch diese Umlenkung der Gasströmung entsteht eine axiale Setzungskraft F, welche das erste Dichtelement 32 mitsamt dem fest damit verbundenen Gasgenerator 12 in Richtung zum Modulboden 30 beaufschlagt und unter Verformung der Tilgereinheit 18 zum Modulboden 30 hin bewegt, bis ein axialer Anschlag erreicht ist und beispielsweise das erste Dichtelement 32 am modulgehäusefesten zweiten Dichtelement 34 anliegt.
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Bevorzugt werden die Gasauslassöffnungen 38 des Gasgenerators 12 in radialer Projektion wenigstens teilweise, insbesondere zu wenigstens etwa 50% vom ersten Dichtelement 32 überdeckt. Durch eine größere Überdeckung wird mehr Generatorgas umgelenkt und damit eine höhere axiale Setzungskraft F auf den Gasgenerator 12 erzeugt. Gleichzeitig wird mit zunehmender Überdeckung der Gasauslassöffnungen 38 auch die freie Ausströmung des Generatorgases in den Gassack 28 mehr und mehr behindert. Folglich ist der Grad der Überdeckung stets ein Kompromiss zwischen einer möglichst hohen Setzungskraft F sowie einer möglichst ungehinderten Gasströmung und wird abhängig von den jeweiligen Randbedingungen des Gassackmoduls 10 individuell angepasst.
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Das modulgehäusefeste zweite Dichtelement 34 ist ein bezüglich der Generatorachse A in Umfangsrichtung geschlossen umlaufender Wandabschnitt der Tilgereinheit 18. Bevorzugt ist das zweite Dichtelement 34 einstückig mit der Tilgereinheit 18 ausgebildet und wird insbesondere direkt bei deren Herstellung angeformt.
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Anhand der Figuren wird deutlich, dass sich der Wandabschnitt in axialer Richtung erstreckt und an einem vom Modulboden 30 abgewandten Ende innenseitig konisch aufweitet, um einen Dichtkonus 40 zu bilden.
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Das ringförmig ausgeführte, erste Dichtelement 32 weist einen Konusabschnitt 42 auf, der axial an den Dichtkonus 40 des Wandabschnitts angrenzt. Mit anderen Worten ist ein Außendurchmesser des am ersten Dichtelement 32 ausgebildeten Konusabschnitts 42 größer als ein Innendurchmesser des am zweiten Dichtelement 34 ausgebildeten Dichtkonus 40, sodass der Konusabschnitt 42 und der Dichtkonus 40 einen radialen Überlapp aufweisen. Der Konusabschnitt 42 und der Dichtkonus 40 sind folglich im unausgelösten Grundzustand des Gasgenerators 12 axial voneinander beabstandet, wohingegen sie im ausgelösten Zustand des Gasgenerators 12 demgegenüber axial angenähert sind oder sogar zumindest temporär aneinander anliegen.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen des Gassackmoduls 10 weisen der Konusabschnitt 42 des ersten Dichtelements 32 und der axial angrenzende Dichtkonus 40 des zweiten Dichtelements 34 im Wesentlichen gleiche Konuswinkel auf. Dadurch bildet sich bei radialem Überlapp und zumindest temporärem Kontakt zwischen dem Konusabschnitt 42 und dem Dichtkonus 40 eine besonders gut dichtende, flächige Anlage aus.
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In der Ausführungsform des Gassackmoduls 10 gemäß den 1 und 2 verbleibt auch im ausgelösten Zustand des Gasgenerators 12 ein in 2 angedeuteter, minimaler Spalt 36 mit einer Spaltbreite s2 . Dieser Fall kann beispielsweise aufgrund von Herstellungstoleranzen eintreten, wenn der Gasgenerator 12 beim axialen Setzen bereits an einem Modulbauteil wie zum Beispiel dem Modulboden 30 anschlägt, bevor ein Kontakt zwischen Konusabschnitt 42 und Dichtkonus 40 zustande kommt. Obwohl ein solcher Kontakt mit Blick auf eine minimale Gasleckage wünschenswert und vorteilhaft wäre, hat sich jedoch herausgestellt, dass die Gasverluste bei einer geringen zweiten Spaltbreiten s2 vernachlässigbar und damit akzeptabel sind.
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Schließlich trägt auch die geschickte Anordnung des Dichtkonus 40 und des Konusabschnitts 42 zu einem möglichst geringen Verlust an Generatorgas bei. So definiert der in 1 angedeutete Gassack 28 ein mit Generatorgas befüllbares Gassackinneres, wobei sich der Gasgenerator 12 durch einen Gassackmund 44 des Gassacks 28 ins Gassackinnere erstreckt, und wobei der Dichtkonus 40 des modulgehäusefesten zweiten Dichtelements 34 sowie der Konusabschnitt 42 des ersten Dichtelements 32 im Gassackinneren angeordnet sind.
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Die 3 bis 5 zeigen eine alternative Ausführungsform des Gassackmoduls 10 für ein Fahrzeuglenkrad, wobei in 3 der Zustand vor einer Aktivierung und in 4 der Zustand nach einer Aktivierung des Gassackmoduls 10 dargestellt ist. Da diese alternative Ausführungsform hinsichtlich ihrer prinzipiellen Konstruktion und allgemeinen Funktionsweise im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 entspricht, wird diesbezüglich explizit auf die obige Beschreibung verwiesen und im Folgenden lediglich auf Unterschiede eingegangen.
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Das Gassackmodul 10 gemäß den 3 bis 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 im Wesentlichen dadurch, dass ein Innendurchmesser des am zweiten Dichtelement 34 ausgebildeten Dichtkonus 40 wenigstens so groß wie ein Außendurchmesser des am ersten Dichtelement 32 ausgebildeten Konusabschnitts 42 ist.
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Anhand des Schnittdetails gemäß 5 wird deutlich, dass der Innendurchmesser des Dichtkonus 40 sogar geringfügig größer als der Außendurchmesser des Konusabschnitts 42 ist. Dementsprechend weisen die Dichtelemente 32, 34 hier keinen radialen Überlapp, sondern einen radialen Spalt 36 auf. Folglich kann in dieser Ausführungsform der Spalt 36 zwischen den Dichtelementen 32, 34 von der ersten Spaltbreite s1 im unausgelösten Grundzustand des Gasgenerators 12 höchstens bis auf eine gegenüber der ersten Spaltbreite s1 verringerte, zweite Spaltbreite s3 im ausgelösten Zustand des Gasgenerators 12 reduziert werden. Kleinere Spaltbreiten wie die radiale, zweite Spaltbreite s3 lassen sich nicht erreichen.
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Mit Blick auf eine Minimierung der Gasleckage weist das Gassackmodul 10 gemäß den 1 und 2 daher Vorteile gegenüber der in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsform auf. Wie bereits oben erwähnt, sind die Gasverluste bei einer geringen zweiten Spaltbreite s2 , s3 jedoch vernachlässigbar und damit akzeptabel.
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Zudem weist das Gassackmodul gemäß den 3 bis 5 erhebliche Montagevorteile auf. So ist es aufgrund des Radialspalts möglich, den Gasgenerator 12 mitsamt dem am Gasgenerator 12 vormontierten ersten Dichtelement 32 axial, gemäß den 1 bis 5 axial von unten, in die als Schwingungstilgerring ausgeführte Tilgereinheit 18 zu schieben, um dann die Dämpfungsglieder 22 der Tilgereinheit 18 in die Öffnungen des Generatorflansches 20 einzuknüpfen, sodass der Gasgenerator 12 mit der Tilgereinheit 18 schwingfähig verbunden ist.
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Theoretisch könnte die radiale zweite Spaltbreite s3 auf annähernd Null gesetzt werden, sodass das erste Dichtelement 32 bei der Montage des Gasgenerators 12 am Innenumfang der ringförmigen Tilgereinheit 18 entlang gleitet. Aufgrund unvermeidbarer Herstellungstoleranzen wird in der Praxis jedoch ein geringes Spaltmaß vorgegeben, um stets eine problemlose und zwängungsfreie Montage des Gasgenerators 12 an der Tilgereinheit 18 sicherzustellen.
