DE102018204821A1

DE102018204821A1 - Airbagmodul und Airbagsystem

Info

Publication number: DE102018204821A1
Application number: DE102018204821.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Bleeck; Christoph Aumüller
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Airbagmodul (16) sowie ein Airbagsystem (18), das ein solches Airbagmodul (16) aufweist, wobei das Airbagmodul (16) einen Airbagsack (22) und einen Gasgenerator (30) aufweist, zwischen denen eine Gaszuführung (32) mit einer Ventilanordnung (34) angeordnet ist, wobei die Ventilanordnung (34) ein elektrisch ansteuerbares Pilotventil (36) und eine hydraulische Übersetzungsanordnung (52) zur Vergrößerung einer Hubwirkung des Pilotventils (36) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Airbagmodul sowie ein Airbagsystem, die für gewöhnlich in Kraftfahrzeugen Teil eines Insassenrückhaltesystems bilden.
Airbagsysteme bilden heutzutage gemeinsam mit Sicherheitsgurten die wichtigsten passiven Sicherheitselemente eines Insassenrückhaltesystems in einem Kraftfahrzeug, das schwerwiegenden Verletzungen bei einem Aufprall des Kraftfahrzeuges auf ein Hindernis entgegenwirken soll.
Airbagsysteme weisen zumeist mehrere Airbagmodule auf, die jeweils wenigstens einen Airbagsack umfassen, der, wenn es zu einem Aufprall kommt, mit einem Airbaggas befüllt wird. Dabei entfaltet sich der Airbagsack innerhalb eines kurzen Zeitbereichs zwischen 10 ms und 50 ms zwischen einem Insassen und Teilen eines Innenraumes des Kraftfahrzeuges und bildet ein Kissen. Dadurch wird verhindert, dass der Insasse gegen harte Teile des Innenraumes wie beispielsweise ein Lenkrad oder Armaturenbrett prallt.
Das Airbaggas wird in dem Gasgenerator mit einem Hochdruck zwischen 50 bar und 1000 bar bereitgestellt. Bei dem Gasgenerator kann es sich um einen Heißgasgenerator (pyrotechnischer Gasgenerator), einen Kaltgasgenerator oder auch um einen Hybridgasgenerator handeln.
Airbagsysteme weisen weiter wenigstens einen Sensor auf, der im Falle eines Aufpralls einen Aufprallzeitpunkt t₀ detektiert. Nach einer gewissen Zeit (ms-Bereich) nach diesem Aufprallzeitpunkt t₀ wird die Airbagauslösung gestartet. Dazu weisen die Airbagmodule einen Gasgenerator auf, der das Airbaggas, mit dem der Airbagsack befüllt werden soll, bereitstellt. Das Airbaggas kann beispielsweise durch Zündung eines Festtreibstoffes, der bei Verbrennung das Airbaggas freisetzt, oder durch unter Hochdruck gespeichertes Gas bereitgestellt werden. Das Airbaggas aus dem Gasgenerator strömt in den Airbagsack, füllt diesen und sorgt für seine Entfaltung.
Derzeit löst das Airbagsystem kurz nach dem Aufprallzeitpunkt t₀ aus, d. h. erst wenn der Aufprall bereits erfolgt ist. Bei zukünftigen Airbagsystemen ist es jedoch geplant, durch geeignete Sensoren und Auswertung deren Signale einen Zeitpunkt t_n zu erkennen, bei dem ein Aufprall unvermeidbar ist. Dieser Zeitpunkt t_n liegt in der sog. Pre-Crash-Phase vor dem eigentlichen Zeitpunkt t₀ des Aufpralls. Es ist geplant, mit dieser Information das Airbagsystem bereits vor dem Aufprall zu aktivieren, um so die Insassen eines Fahrzeuges noch besser vor Verletzungen schützen zu können.
Bislang ist geplant, hierzu zweistufige Airbagmodule zu verwenden, bei denen zwei Gasgeneratoren vorgesehen sind, die zeitversetzt ausgelöst werden. Hier wird in zwei aufeinanderfolgenden Phasen je ein konstanter Massestrom m an Airbaggas in den Airbagsack eingeleitet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiter verbessertes Airbagmodul für ein Airbagsystem vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird mit einem Airbagmodul mit der Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
Ein Airbagsystem, das ein solches Airbagmodul aufweist, ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruches.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Airbagmodul weist einen Airbagsack, der im Betrieb mit einem druckbeaufschlagten Airbaggas befüllt wird, und einen Gasgenerator zum Bereitstellen des druckbeaufschlagten Airbaggases für den Airbagsack auf. Weiter weist das Airbagmodul eine Gaszuführung zwischen Gasgenerator und Airbagsack zum Zuführen des bereitgestellten druckbeaufschlagten Airbaggases von dem Gasgenerator in den Airbagsack auf. In der Gaszuführung ist eine Ventilanordnung zum Freigeben eines vordefinierten Massestroms m des druckbeaufschlagten Airbaggases aus dem Gasgenerator angeordnet.
Der Massestrom m des Airbaggases ist dabei definiert durch die Masse, die pro Zeiteinheit zu dem Airbagsack hinströmt (m/t).
Die Ventilanordnung weist ein elektrisch ansteuerbares Pilotventil zum Steuern des vordefinierten Massestroms m des Airbaggases und eine hydraulische Übersetzungsanordnung zur Vergrößerung einer Hubwirkung des Pilotventils auf.
Dadurch, dass in der Gaszuführung zwischen dem Gasgenerator und dem Airbagsack eine gezielt elektrisch ansteuerbare Ventilanordnung vorgesehen ist, ist es möglich, die Füllung des Airbagsackes mit dem Airbaggas gezielt einem Aufprallverlauf anpassen zu können. Um einen optimalen Füllverlauf des Airbagsackes durchführen zu können, z. B. indem der Airbagsack bereits vor dem erwarteten Aufprall vorgefüllt und später noch nachgefüllt wird, ist eine Steuerung des Massestroms m des Airbaggases aus dem Gasgenerator erforderlich. Mit den bisher bekannten Airbagsystemen, bei denen zwei Gasgeneratoren zeitversetzt ausgelöst werden, ist es nur möglich, einen konstanten Massestrom m in dem Airbagsack zu erzeugen, eine gezielte Steuerung des Massestroms m ist jedoch nicht möglich. Dadurch, dass nur die Ventilanordnung mit dem elektrisch ansteuerbaren Pilotventil vorgesehen ist, kann zu jedem Zeitpunkt vor, während und nach dem Aufprall der Massestrom m über die Ventilanordnung gezielt gesteuert und somit die Befüllung des Airbagsackes zu jedem Zeitpunkt geregelt werden. So ist es möglich, die Füllung des Airbagsackes gezielt an den Aufprallverlauf anpassen zu können.
Grundsätzlich wäre es beispielsweise bereits möglich, über ein einzelnes elektrisch ansteuerbares Ventil wie beispielsweise ein Magnetventil ein aktives Steuern der Befüllung des Airbagsackes zu ermöglichen. Wird jedoch ein Magnetventil verwendet, bewirkt die Größe und das Gewicht des verwendeten Magneten eine gewisse Trägheit des Systems und nimmt auch relativ viel Bauraum ein. Daher wird vorliegend lediglich ein kleines elektrisch ansteuerbares Pilotventil verwendet, das beispielsweise als Magnetventil ausgebildet sein kann. Hier ist nur ein kleiner Magnet notwendig, da zusätzlich zu dem Pilotventil selbst, das die eigentliche Steuerung des Massestroms m übernimmt, eine hydraulische Übersetzungsanordnung vorgesehen ist, die den eigentlichen Hub des Pilotventils vervielfacht. Dadurch ist es nicht nötig, einen sehr großen Magneten zu verwenden, sondern die gewünschte Masse wird durch die hydraulische Übersetzungsanordnung eingestellt, während die eigentliche Steuerung des Massestromes m über das elektrisch ansteuerbare Pilotventil erfolgt.
Vorteilhaft weist die hydraulische Übersetzungsanordnung eine Verbindungsbohrung zum fluidischen Verbinden des Gasgenerators mit dem Airbagsack auf, wobei in der Verbindungsbohrung ein Sitzventil mit einem Schließelement angeordnet ist, das zum Schließen der Verbindungsbohrung mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Öffnet dieses Schließelement die Verbindungsbohrung, kann ein verhältnismäßig großer Querschnitt freigegeben werden, so dass ein hoher Massestrom m an Airbaggas aus dem Gasgenerator in den Airbagsack strömen kann.
Das Schließelement weist eine Schließelementdruckwirkfläche auf, wobei das Schließelement so ausgebildet ist, dass es durch Beaufschlagung der Schließelementdruckwirkfläche mit einem Fluiddruck des Airbaggases, der in dem Gasgenerator nach dessen Aktivierung herrscht, mit einer ersten Bewegungskraft in Richtung seiner Schließposition gedrückt wird.
Vorteilhaft weist die hydraulische Übersetzungsanordnung einen Steuerraum auf, der fluidisch über eine Drosselbohrung mit dem Gasgenerator verbunden ist, wobei in dem Steuerraum ein beweglicher Kolben geführt ist, der in einer Aktivierungsposition derart mit dem Schließelement koppelbar ist, dass er auf das Schließelement eine Bewegungskraft in Richtung seiner Öffnungsposition ausübt.
Vorzugsweise ist das Pilotventil zum Steuern eines Fluiddruckes des Airbaggases in dem Steuerraum ausgebildet.
Vorteilhaft weist der Kolben eine Kolbendruckwirkfläche auf, auf die ein in dem Steuerraum herrschender Fluiddruck des Airbaggases wirkt, wobei die Kolbendruckwirkfläche größer ist als die Schließelementdruckwirkfläche.
Wird nun der Gasgenerator aktiviert, steigt der Fluiddruck des Airbaggases in der Verbindungsbohrung und steht im Bereich des Sitzventiles an, wodurch das Schließelement gegen den Ventilsitz gedrückt wird. Das Sitzventil ist daher vorerst geschlossen. Über die Drosselbohrung fließt Airbaggas in den Steuerraum, wodurch der Fluiddruck des Airbaggases auch auf den Kolben wirkt. Nach kurzer Zeit hat sich der Fluiddruck im Steuerraum mit dem Fluiddruck im Bereich des Sitzventils ausgeglichen. Da der Kolben eine größere Kolbendruckwirkfläche aufweist als die Schließelementdruckwirkfläche des Schließelementes, wirkt auf den Kolben eine größere Kraft als auf das Schließelement. Dadurch bewegt der Kolben sich. Da der Kolben mit dem Schließelement koppelbar ist und sich daher bei dieser Bewegung mit dem Schließelement koppelt, übt er auf das Schließelement eine Bewegungskraft aus, die dafür sorgt, dass das Schließelement von dem Ventilsitz abhebt und somit das Sitzventil öffnet.
Das Pilotventil ist dazu vorgesehen, den Fluiddruck des Airbaggases in dem Steuerraum zu steuern. Wird über das Pilotventil der Fluiddruck in dem Steuerraum gesenkt, sinkt auch die Kraft, die auf den Kolben wirkt, der Kolben übt keine Bewegungskraft auf das Schließelement in Richtung dessen Öffnungsposition aus, und somit kann das Schließelement in seine Schließposition auf den Ventilsitz zurückkehren.
Um diese Bewegung zu unterstützen, ist vorteilhaft eine Rückstellfeder zum Rückstellen des Kolbens in eine Ruheposition vorgesehen, in der der Kolben keine Bewegungskraft auf das Schließelement ausübt.
Vorzugsweise ist das Pilotventil als stromlos geschlossenes Pilotventil ausgebildet und weist eine Druckfeder auf, die ein Pilotventilelement in eine Schließposition auf einen Pilotventilsitz vorspannt, wobei die Druckfeder einen Öffnungsdruck des Pilotventils insbesondere derart festlegt, dass der Öffnungsdruck größer ist als ein durch die Aktivierung des Gasgenerators im Gasgenerator herrschender Hochdruck des Airbaggases. So kann vorteilhaft vermieden werden, dass das Pilotventil ungewollt öffnet und somit die gesamte Ventilanordnung aktiviert.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das Pilotventil als stromlos offenes Pilotventil ausgebildet ist. Dann wird das Pilotventil durch Bestromung aktiv geschlossen gehalten und nur durch Wegnahme des Stromes geöffnet. Vorteilhaft ist dazu eine Druckfeder vorgesehen, die das Pilotventil in eine definierte Öffnungsposition vorspannt.
Ein Airbagsystem weist ein Airbagmodul wie oben beschrieben und weiter eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des Pilotventils auf, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, einen Aufprallverlauf zu erkennen und basierend auf dem erkannten Aufprallverlauf einen dem Airbagsack zuzuführenden Massestrom m des Airbaggases zu definieren.
Vorteilhaft weist das Airbagsystem weiter wenigstens einen Sensor auf, der zeitlich vor einem Aufprall Parameter zum Berechnen eines voraussichtlichen Aufprallverlaufes erfasst und an die Steuereinrichtung überträgt.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, aus den erfassten Parametern den voraussichtlichen Aufprallverlauf und darauf basierend die zu jedem Zeitpunkt des Aufprallverlaufes benötigte Masse des Airbaggases in dem Airbagsack zu definieren.
Über die erfassten Parameter des Sensors ist es daher möglich, zu erkennen, wann ein Aufprall unvermeidbar ist, wann beispielsweise der Aufprallzeitpunkt t₀ vorliegt, welche Kräfte beim Aufprall voraussichtlich wirken, und daraus zu schließen, in welchem Maße der Airbagsack aufgeblasen sein muss, um Verletzungen des Insassen zu vermeiden.
Dazu ist es vorteilhaft, wenn nicht nur eine Geschwindigkeit des Fahrzeuges und ein Abstand zu einem Hindernis erfasst wird, sondern auch die Eigenschaften von Insassen, wie beispielsweise Größe und Gewicht, so dass die Aktivierung des Airbagsackes von Insassenparametern abhängig durchgeführt werden kann.
Beispielsweise ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, das Pilotventil derart anzusteuern, dass das Pilotventil mehrere definierte Teilmassen der benötigten Masse des Airbaggases zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Aufprallverlaufes aus dem Gasgenerator freigibt. Beispielsweise kann das Pilotventil eine Teilmasse bereits vor dem erwarteten Aufprall in den Airbagsack freigeben, so dass dieser bereits vorbefüllt ist. Weiter ist es auch möglich, während des Aufpralls den Airbagsack mit einer weiteren Teilmasse zu füllen und auch nach dem eigentlichen Aufprall, wenn der Insasse aufgrund der Masseträgheit verzögert auf die negative Beschleunigung reagiert, den Airbagsack mit einer weiteren Teilmasse nachzufüllen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug, dass sich entlang einer Zeitachse t einem Hindernis nähert;
2 eine Momentaufnahme zu einem Aufprallzeitpunkt t₀ des Fahrzeuges aus 1 auf das Hindernis, wenn ein Airbagmodul in einem Innenraum des Fahrzeuges aktiviert wird;
3 eine schematische Längsschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform des Airbagmoduls aus 2 mit einer Ventilanordnung, bei der ein Pilotventil als stromlos geschlossenes Pilotventil ausgebildet ist;
4 eine schematische Längsschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des Airbagmoduls aus 2 mit einer Ventilanordnung, bei der ein Pilotventil als stromlos offenes Pilotventil ausgebildet ist; und
5 ein schematisches Diagramm, das unterschiedliche Druckverläufe in Bereichen der Ventilanordnung abhängig von der Zeit zeigt.

1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 10, das sich einem Hindernis 12 nähert, auf das es mit hoher Wahrscheinlichkeit aufprallen wird. Der Näherungsvorgang ist zeitlich anhand einer Zeitachse mit einem Zeitverlauf t dargestellt, wobei t₀ einen Aufprallzeitpunkt definiert, d. h. den Zeitpunkt, zu dem sich das Kraftfahrzeug 10 und das Hindernis 12 berühren.
Das Kraftfahrzeug 10 weist einen Sensor 14 auf, der eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges 10 und eine Entfernung zu dem Hindernis 12 erfasst. Die Geschwindigkeit und die Entfernung sind Parameter, die zeitlich vor dem voraussichtlichen Aufprall erfasst werden, und aus denen es möglich ist, einen voraussichtlich Aufprallverlauf zu berechnen.
2 zeigt eine Innen- (oben) und eine Außenansicht (unten) des Kraftfahrzeuges 10 aus 1 als Momentaufnahme zum Zeitpunkt t₀ des Aufpralles.
In der Innenansicht ist eine Momentaufnahme einer Aktivierung eines Airbagmodules 16 eines Airbagsystems 18 in dem Kraftfahrzeug 10 zu sehen, wenn, wie in der Außenansicht des Kraftfahrzeuges 10 dargestellt ist, das Kraftfahrzeug 10 auf das Hindernis 12 aufgeprallt ist.
Um einen Insassen 20 in dem Kraftfahrzeug 10 vor Verletzungen zu schützen, wird ein Airbagsack 22 des Airbagmoduls 16 mit einem Airbaggas 24 befüllt, entfaltet sich dadurch und trennt den Insassen 20 von harten Teilen des Kraftfahrzeuges 10. Dadurch können Verletzungen des Insassen 20 vermieden werden.
In dem Kraftfahrzeug 10 ist ein weiterer Sensor 26 angeordnet, der Eigenschaften des Insassen 20 erfasst, wie beispielsweise seine Größe und sein Gewicht.
Auf Basis der Parameter, die die Sensoren 14, 26 erfassen, ist es möglich, einen Aufprallverlauf des unvermeidbaren Aufpralles vorauszuberechnen, und zu ermitteln, zu welchen vorbestimmten Zeitpunkten t_n der Airbagsack 22 wie stark aufgeblasen sein muss, um den Insassen 20 maximal schützen zu können.
Eine Steuereinrichtung 28 erfasst dazu Signale der Sensoren 14, 26 und ermittelt aus diesen Signalen den voraussichtlichen Aufprallverlauf. Dadurch kann die Steuereinrichtung 28 definieren, welcher Massestrom m des Airbaggases 24 zu dem Airbagsack 22 zugeführt werden muss.
Damit der Airbagsack 22 gezielt entsprechend des vorhergesagten Aufprallverlaufes gefüllt werden kann, ist ein spezielles, in den 3 und 4 in schematischer Längsschnittdarstellung gezeigtes Airbagmodul 16 vorgesehen.
Zunächst wird mit Bezug auf 3 eine erste Ausführungsform des Airbagmodules 16 beschrieben. Das Airbagmodul 16 weist neben dem Airbagsack 22 einen Gasgenerator 30 auf, der das Airbaggas 24 für den Airbagsack 22 bereitstellt. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass das Airbaggas 24 über einen Kaltgasgenerator zur Verfügung gestellt wird und somit von Anfang an in gasförmiger Form vorliegt. Es ist jedoch auch möglich, dass ein pyrotechnischer Gasgenerator 30 verwendet wird, wobei sich in dem Gasgenerator 30 ein Festtreibstoff befindet, der zunächst entzündet wird, um das Airbaggas 24 im benötigten Fall freizusetzen.
Zwischen dem Airbagsack 22 und dem Gasgenerator 30 ist eine Gaszuführung 32 angeordnet, über die das Airbaggas 24 von dem Gasgenerator 30 zu dem Airbagsack 22 geleitet werden kann.
In der Gaszuführung 32 ist eine Ventilanordnung 34 angeordnet, die ein elektrisch ansteuerbares Pilotventil 36 aufweist, das gezielt so über die Steuereinrichtung 28 ansteuerbar ist, dass die Gaszuführung 32 gezielt geöffnet bzw. verschlossen werden kann. So kann ein von dem Gasgenerator 30 zu dem Airbagsack 22 zugeführter Massestrom m des Airbaggases 24 gezielt und vordefiniert gesteuert werden.
Das Pilotventil 36 weist einen Ventilbereich 38 auf, bei dem ein Pilotventilelement 40 mit einem Pilotventilsitz 42 zusammenwirkt, um das Pilotventil 36 in einer Schließposition zu halten.
Das Pilotventil 36 weist weiter einen Aktorbereich 44 auf, der in einem elektrisch angesteuerten Zustand eine Bewegungskraft auf das Pilotventilelement 40 ausübt, so dass sich das Pilotventilelement 40 zwischen seiner Schließposition und seiner Öffnungsposition bewegt.
Der Aktorbereich 44 weist magnetische Elemente wie ein feststehendes Polstück 46 und einen beweglichen Anker 48 auf, wobei der Anker 48 mit dem Pilotventilelement 40 gekoppelt ist. Dadurch überträgt der Anker 48 seine Bewegung auf das Pilotventilelement 40. Um die Bewegung des Ankers 48 zu induzieren, umfasst der Aktorbereich 44 eine Spule 50, die hierfür bestromt wird.
Die Spule 50 bildet mit den magnetischen Elementen des Pilotventiles 36 einen Magneten aus.
Normalerweise würde es ausreichen, wenn das Pilotventilelement 40 den Gasgenerator 30 verschließt, so dass durch einfaches Öffnen und Schließen des Pilotventilelementes 40 ein Massestrom m von dem Gasgenerator 30 zu dem Airbagsack 22 geregelt werden kann.
Hierzu ist jedoch ein großer Magnet nötig, der einen relativ großen Bauraum in dem Airbagmodul 16 benötigt und außerdem auch verhältnismäßig träge ist.
Daher wird nun in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen vorgeschlagen, zwischen den Gasgenerator 30 und das Pilotventil 36 eine hydraulische Übersetzungsanordnung 52 zwischenzuschalten, die einen Hub des Pilotventilelementes 40 verstärkt. Dadurch kann das Pilotventil 36 bzw. der Magnet deutlich kleiner ausgebildet sein, benötigt daher weniger Bauraum und kann sehr schnell schalten.
Das Pilotventil 36 in 3 ist als stromlos geschlossenes Pilotventil 36 ausgebildet, d. h., im unbestromten Zustand befindet sich das Pilotventilelement 40 in seiner Schließposition. Dazu wird es von einer Druckfeder 54 in Richtung auf die Schließposition vorgespannt. In der Schließposition verschließt das Pilotventilelement 40 eine Zulaufbohrung 56 zu dem Pilotventil 36, wobei die Zulaufbohrung 56 die Verbindung des Pilotventiles 36 zu der hydraulischen Übersetzungsanordnung 52 bildet.
Die Wirkung der Ventilanordnung 34 ist wie folgt:
Die hydraulische Übersetzungsanordnung 52 weist einen Steuerraum 58 auf, in dem ein Kolben 60 mit einem Ventilstift 62 angeordnet ist. Ein Fluiddruck P_F des Airbaggases 24 in dem Steuerraum 58 wird durch das Pilotventil 36 gesteuert, wobei die Zulaufbohrung 56 die Verbindung zwischen dem Pilotventil 36 und dem Steuerraum 58 darstellt.
Der Steuerraum 58 ist über eine Drosselbohrung 68 mit dem Gasgenerator 30 verbunden. Gleichzeitig führt eine Verbindungsbohrung 70 direkt von dem Gasgenerator 30 in den Airbagsack 22. In dieser Verbindungsbohrung 70 ist ein Sitzventil 64 mit einem Schließelement 66 angeordnet und verschließt beim Kontakt des Schließelementes 66 mit einem Ventilsitz 72 die Verbindungsbohrung 70. Die Verbindungsbohrung 70 und die Drosselbohrung 68 sind getrennt voneinander angeordnete Bohrungen.
Der Kolben 60 ist in dem Steuerraum 58 beweglich geführt. Der Kolben 60 weist eine Kolbenwirkfläche 74 auf, auf die der Fluiddruck P_F des Airbaggases 24 aus dem Steuerraum 58 wirkt.
Gleichzeitig wirkt von dem Gasgenerator 30 her der Fluiddruck P_F des Airbaggases 24 auf das Schließelement 66, übt eine erste Bewegungskraft FB1 auf das Schließelement 66 aus und drückt dieses in den Ventilsitz 72. Auch das Schließelement 66 weist eine Schließelementwirkfläche 76 auf, die Einfluss hat auf die Kraft, mit der das Schließelement 66 in den Ventilsitz 72 gedrückt wird.
Der Kolben 60 weist den Ventilstift 62 auf, mit dem der Kolben 60 mit dem Schließelement 66 koppelbar ist. Bewegt sich der Kolben 60 demgemäß in dem Steuerraum 58, kommt der Ventilstift 62 mit dem Schließelement 66 in Kontakt und drückt das Schließelement 66 bei einer weiteren Bewegung von dem Ventilsitz 72 weg in die Öffnungsposition.
Über die Drosselbohrung 68 sind der Steuerraum 58 und der Bereich um den Ventilsitz 72 bezüglich des Fluiddruckes P_F druckausgeglichen.
Die Kolbenwirkfläche 74 ist jedoch größer als die Schlie-ßelementwirkfläche 76, so dass eine größere Kraft auf den Kolben 60 wirkt als auf das Schließelement 66. Dadurch setzt sich der Kolben 60 in Richtung auf das Schließelement 66 in Bewegung, übt eine zweite Bewegungskraft FB2 auf das Schließelement 66 aus und öffnet das Sitzventil 64. Dies geschieht so lange, wie der Steuerraum 58 von dem Pilotventil 36 verschlossen gehalten bleibt.
Öffnet nun das Pilotventil 36 die Zulaufbohrung 56, wird Airbaggas 24 aus dem Steuerraum 58 abgesteuert und über eine Ablaufbohrung 78 in dem Pilotventil dem Airbagsack 22 zugeführt. Dadurch verändern sich auch die Druckverhältnisse an der Kolbenwirkfläche 74. Durch eine Rückstellfeder 80 wird der Kolben 60 wieder in seine Ausgangsposition zurückgedrückt, in der er keine Bewegungskraft FB2 auf das Schließelement 66 ausübt. Durch den in dem Gasgenerator 30 wirkenden Fluiddruck P_F und die Bewegungskraft FB1 kehrt das Schließelement 66 daher auf den Ventilsitz 72 zurück und schließt das Sitzventil 64.
Um den Massestrom m des Airbaggases 24 zu dem Airbagsack 22 zu dosieren, wird das Pilotventil 36 demgemäß entweder geöffnet oder geschlossen, um so das Sitzventil 64 zu öffnen und zu schließen und somit den Massestrom m zu kontrollieren.
Auch der Steuerraum 58 weist eine Ablaufbohrung 82 auf, die unterhalb des Kolbens 60 vorhandenes Airbaggas 24, beispielsweise Leckage-Airbaggas 24 in den Airbagsack 22 führt.
Das Pilotventil 36 kann, wie in 3 in der ersten Ausführungsform gezeigt, stromlos geschlossen sein, es ist jedoch auch möglich, das Pilotventil 36, wie in 4 in der zweiten Ausführungsform gezeigt, als stromlos offenes Pilotventil 36 vorzusehen. Die Wahl des Typs des Pilotventiles 36 ist abhängig vom Sicherheitskonzept des Airbagsystems 18.
Bei der stromlos geschlossenen Variante in 3 verschließt das Pilotventil 36 ohne Strombeaufschlagung der Spule 50 mit dem Pilotventilelement 40 die Zulaufbohrung 56 durch die Druckfeder 54. Die Druckfeder 54 ist in einem Bereich zwischen dem Anker 48 und dem Polstück 46 eingespannt. Bei einer Strombeaufschlagung der Spule 50 wird ein Magnetfeld und dadurch eine Magnetkraft zwischen dem Anker 48 und dem Polstück 46 erzeugt, die gegen die Kraft der Druckfeder 54 wirkt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Kraft der Druckfeder 54 von der Magnetkraft zwischen dem beweglichen Anker 48 und dem feststehenden Polstück 46 überwunden wird, schaltet das Pilotventil 36. Der Abstand zwischen dem beweglichen Anker 48 und dem feststehenden Polstück 46 wird verringert und das Pilotventilelement 40 gibt den Querschnitt der Zulaufbohrung 56 frei. Dadurch kann das Airbaggas 24 durch die Zulaufbohrung 56 fließen. Das Airbaggas 24 wird über eine Ablaufbohrung 78 des Pilotventiles 36 zu dem Airbagsack 22 abgeleitet.
Durch die Ansteuerung des Pilotventils 36 kann einmalig oder auch wiederholt eine Gasmenge des Airbaggases 24 dem Airbagsack 22 zugeführt werden.
In der Längsschnittdarstellung in 4 ist eine in ihrer Wirkungsweise der Ventilanordnung 34 aus 3 entsprechende Ventilanordnung 34 gezeigt, wobei der Unterschied lediglich darin besteht, dass das Pilotventil 36 in 3 als stromlos geschlossenes Pilotventil 36 ausgebildet ist und das Pilotventil 36 in 4 als stromlos offenes Pilotventil 36. Dazu sind die Bauteile des Aktorbereichs 44, insbesondere das Polstück 46, der Anker 48 und die Druckfeder 54 entsprechend angeordnet.
Die Druckfeder 54 in 3 sorgt dafür, dass das Pilotventil 36 sicher geschlossen ist. Dazu liegt ein Öffnungsdruck P_öff des Pilotventiles 36, der durch die Vorspannkraft der Druckfeder 54 bestimmt wird, oberhalb eines Hochdruckes P_H des Airbaggases 24 in dem Gasgenerator 30, der bei Aktivieren des Gasgenerators 30 zu erwarten ist.
Bei dem Pilotventil 36 in 4 ist eine Vorspannkraft der Druckfeder 54 so ausgelegt, dass das Pilotventil 36 in der Öffnungsposition gehalten wird, wobei das Pilotventilelement 40 eine definierte Öffnungsposition einnimmt.
5 zeigt ein schematisches Diagramm, das unterschiedliche Druckverläufe in Bereichen der Ventilanordnung 34 abhängig von der Zeit zeigt. Zum Zeitpunkt 1 ist der Gasgenerator 30 aktiviert. Dadurch steht an dem Sitzventil 64 der Fluiddruck A (gestrichelte Linie) aus dem Gasgenerator 30 an. Das Pilotventil 36 ist noch geschlossen. Dadurch steigt der Fluiddruck C im Steuerraum 58 gemäß dem Verlauf der dicken strichpunktierten Linie an, bis sich ein Kräftegleichgewicht zwischen der Kraft am Kolben 60 und der Kraft am Ventilsitz 72 einstellt. Der Verlauf des Kräftegleichgewichts ist in der dünnen strichpunktierten Linie für den theoretisch erforderlichen Fluiddruck B zum Öffnen des Sitzventiles 64 dargestellt. Ist der Fluiddruck C im Steuerraum 58 gleich dem theoretischen Fluiddruck B zum Öffnen des Sitzventiles 64, was in dem Diagramm zum Zeitpunkt 2 der Fall ist, öffnet das Sitzventil 64 und der Fluiddruck A im Gasgenerator 30 sinkt. Das Airbaggas 24 strömt durch das Sitzventil 64 und wird in den Airbagsack 22 geleitet, wodurch der Fluiddruck D (durchgezogene Linie) im Airbagsack 22 steigt.
Zum Zeitpunkt 3 wird das Pilotventil 36 geöffnet und der Fluiddruck C im Steuerraum 58 sinkt, bis zum Zeitpunkt 4. Zum Zeitpunkt 4 kreuzt der Fluiddruck C im Steuerraum 58 die Linie des theoretisch erforderlichen Fluiddruckes B zum Öffnen des Sitzventiles 64 und das Sitzventil 64 schließt. Nach diesem Zeitpunkt wird kein Airbaggas 24 aus dem Gasgenerator 30 in dem Airbagsack 22 geleitet. Der Fluiddruck A im Gasgenerator 30 bleibt konstant, und dadurch auch der Fluiddruck D in dem Airbagsack 22.
Zum Zeitpunkt 5 wird das Pilotventil 36 wieder geschlossen. Dadurch kann im folgenden Verlauf wieder Airbaggas 24 in den Airbagsack 22 geleitet werden, und der Fluiddruck D in dem Airbagsack 22 steigt.
Dadurch, dass eine wechselseitige Bauform vorhanden ist, d. h. bei einer stromlos offenen Ventilvariante wird ein stromlos geschlossenes Pilotventil 36 verwendet und bei einer stromlos offenen Ventilvariante wird ein stromlos offenes Pilotventil 36 verwendet, ist immer sichergestellt, dass nach einer Aufprallsituation der Gasgenerator 30 immer geleert wird. Entweder entweicht das nicht verbrauchte Airbaggas 24 aus dem Gasgenerator 30 über den Bereich des Ventilsitzes 72 oder über das Pilotventil 36.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen haben den Vorteil, dass die gesamte Ventilanordnung 34 jeweils sehr robust und kompakt aufgebaut werden kann, wobei das Schließelement 66 sehr einfach ausgebildet ist. Durch den Aufbau in der vorgesteuerten Bauform mit Hilfe des Pilotventiles 36 ist es möglich, mit einem relativ kleinen Pilotventil 36 große Masseströme m zu steuern. Durch einen Austausch des Pilotventiles 36 von einer stromlos geöffneten Bauform zu einer stromlos geschlossenen Bauform, dem Einsatz des vorgespannten Pilotventilelementes 40 und dem Druckabgriff vor der massestromlimitierenden Blende 76 kann relativ einfach eine Variantenkonstellation von unterschiedlichen hydraulischen Übersetzungsanordnungen 52 entsprechend dem Sicherheitskonzept des Airbagsystems 18 erzeugt werden.

Claims

Airbagmodul (16), aufweisend: - einen Airbagsack (22), der im Betrieb mit einem druckbeaufschlagten Airbaggas (24) befüllt wird; - einen Gasgenerator (30) zum Bereitstellen des druckbeaufschlagten Airbaggases (24); und - eine Gaszuführung (32) zwischen Gasgenerator (30) und Airbagsack (22) zum Zuführen des bereitgestellten druckbeaufschlagten Airbaggases (24) von dem Gasgenerator (30) in den Airbagsack (22); wobei in der Gaszuführung (32) eine Ventilanordnung (34) zum Freigeben eines vordefinierten Massestroms (m) des druckbeaufschlagten Airbaggases (24) aus dem Gasgenerator (30) angeordnet ist, wobei die Ventilanordnung (34) ein elektrisch ansteuerbares Pilotventil (36) zum Steuern des vordefinierten Massestroms (m) des Airbaggases (24) und eine hydraulische Übersetzungsanordnung (52) zur Vergrößerung einer Hubwirkung des Pilotventils (36) aufweist.
Airbagmodul (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Übersetzungsanordnung (52) eine Verbindungsbohrung (70) zum fluidischen Verbinden des Gasgenerators (30) mit dem Airbagsack (22) aufweist, wobei in der Verbindungsbohrung (70) ein Sitzventil (64) mit einem Schließelement (66) angeordnet ist, das zum Schließen der Verbindungsbohrung (70) mit einem Ventilsitz (72) zusammenwirkt.
Airbagmodul (16) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (66) eine Schließelementdruckwirkfläche (76) aufweist, wobei das Schließelement (66) so ausgebildet ist, dass es durch Beaufschlagung der Schließelementdruckwirkfläche (76) mit einem Fluiddruck (P_F) des Airbaggases (24), der in dem Gasgenerator (30) nach dessen Aktivierung herrscht, mit einer ersten Bewegungskraft (FB1) in Richtung seiner Schließposition gedrückt wird.
Airbagmodul (16) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Übersetzungsanordnung (52) einen Steuerraum (58) aufweist, der fluidisch über eine Drosselbohrung (68) mit dem Gasgenerator (30) verbunden ist, wobei in dem Steuerraum (58) ein beweglicher Kolben (60) geführt ist, der in einer Aktivierungsposition derart mit dem Schließelement (66) koppelbar ist, dass er auf das Schließelement (66) eine zweite Bewegungskraft (FB2) in Richtung seiner Öffnungsposition (P_öff) ausübt.
Airbagmodul (16) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pilotventil (36) zum Steuern eines Fluiddruckes (P_F) des Airbaggases (24) in dem Steuerraum (58) ausgebildet ist.
Airbagmodul (16) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (60) eine Kolbendruckwirkfläche (74) aufweist, auf die ein in dem Steuerraum (58) herrschender Fluiddruck (P_F) des Airbaggases (24) wirkt, wobei die Kolbendruckwirkfläche (74) größer ist als die Schließelementdruckwirkfläche (76).
Airbagmodul (16) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder (80) zum Rückstellen des Kolbens (60) in eine Ruheposition vorgesehen ist, in der der Kolben (60) keine Bewegungskraft auf das Schließelement (66) ausübt.
Airbagmodul (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Pilotventil (36) als stromlos geschlossenes Pilotventil (36) ausgebildet ist und eine Druckfeder (54) aufweist, die ein Pilotventilelement (40) in eine Schließposition auf einen Pilotventilsitz (42) vorspannt, wobei die Druckfeder (54) einen Öffnungsdruck (P_öff) des Pilotventils (36) insbesondere derart festlegt, dass der Öffnungsdruck (P_öff) größer ist als ein durch die Aktivierung des Gasgenerators (30) im Gasgenerator (30) herrschender Hochdruck des Airbaggases (24) .
Airbagmodul (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Pilotventil (36) als stromlos offenes Pilotventil (36) ausgebildet ist und eine Druckfeder (54) aufweist, die das Pilotventilelement (40) in eine definierte Öffnungsposition (P_öff) vorspannt.
Airbagsystem (18), aufweisend: - ein Airbagmodul (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und - eine Steuereinrichtung (28) zum Ansteuern des Pilotventils (36), wobei die Steuereinrichtung (28) dazu ausgelegt ist, einen Aufprallverlauf zu erkennen und basierend auf dem erkannten Aufprallverlauf einen dem Airbagsack (22) zuzuführenden Massestrom (m) des Airbaggases (24) zu definieren.