-
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtung zum Betreiben eines Airbagsystems für ein Kraftfahrzeug, die zu einem zuverlässigen und sicheren Betrieb des Airgabsystems beitragen kann. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
-
Kraftfahrzeuge weisen in der Regel ein oder mehrere Airbagsysteme auf, die Fahrzeuginsassen bei einem Unfall schützen sollen. Ein solches System ist zum Beispiel als gesteuertes Gasgeneratorsystem realisiert, welches einen Kaltgasgenerator, eine Berstscheibe und ein Ventil aufweist. Bei einer Aktivierung wird der Inhalt aus einem Kaltgasbehältnis durch das Ventil in den Airbag gefüllt. Das Ventil kontrolliert während des Füllvorgangs des Airbags den Massenstrom, um ein gezieltes Druckniveau einstellen zu können. Es besteht aber das Möglichkeit, dass auch nach der Aktivierung des Airbagsystems ein Restvolumen von Gas oder Fluid in dem Behältnis verbleibt und dadurch eine Gefahr oder ein Sicherheitsrisiko darstellt.
-
Es ist daher eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, eine Vorrichtung zum Betreiben eines Airbagsystems für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die zu einem zuverlässigen und sicheren Betrieb des Airgabsystems beitragen kann.
-
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Gemäß einem ersten Aspekt umfasst eine Vorrichtung zum Betreiben eines Airbagsystems für ein Kraftfahrzeug einen Fluidbehälter zur Aufnahme und Abgabe von Fluid und ein Steuerventil, welches mit dem Fluidbehälter und mit einem Zulauf zu einem Airbag gekoppelt ist. Das Steuerventil ist dazu ausgebildet, bei einer Aktivierung des Airbagsystems einen Fluidfluss aus dem Fluidbehälter durch eine Zulaufbohrung in den Zulauf zu dem Airbag zu kontrollieren. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Sicherheitsvorrichtung, welche mit dem Steuerventil gekoppelt ist und einen Fluidkanal zum Führen von Fluid umfasst und welche dazu ausgebildet ist, bei einer Aktivierung des Airbagsystems unabhängig von einem Betriebszustand des Steuerventils Fluid aus dem Fluidbehälter durch den Fluidkanal zu führen.
-
Mittels der beschriebenen Vorrichtung kann zu einem zuverlässigen und sicheren Betreiben eines Airbagsystems für ein Kraftfahrzeug beigetragen werden. Die Vorrichtung ermöglicht mittels der Sicherheitsvorrichtung eine vorgegebene Druckentlastung. Der Fluidkanal der Sicherheitsvorrichtung realisiert dabei eine definiert vorgegebene Undichtigkeit, welche kontrolliert in einem Airbagsystem eingebracht werden kann, um zu einem vollständigen Entleeren des Fluidbehälter und damit zu einer erhöhten Sicherheit des Airbagsystems beizutragen.
-
Bei einem Airbagsystem kann das zugehörige Steuerventil bauartbedingt so aufgebaut sein, dass es bei einer Nichtaktivierung geschlossen ist. Bei einem Abriss einer Ansteuerversorgung des Steuerventils oder einem defekten Ansteuerkabel ist das Steuerventil geschlossen und es kann kein weiteres Fluid aus dem Fluidbehälter entweichen. Das Fluid kann insbesondere als Gas realisiert sein, welches in dem Fluidbehälter mit einem vorgegebenen Druck gespeichert ist. Mittels der beschriebenen Vorrichtung kann ein Verbleiben von Gas bzw. Fluid in dem Fluidbehälter verhindert werden oder zumindest eine Möglichkeit zur weiteren Entleerung bereitgestellt werden, sodass zum Beispiel kein ungewolltes Nachblasen eines Airbags auftritt oder eine Gefahr diesbezüglich bei Wartungsarbeiten gegeben ist.
-
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass das Steuerventil zum Beispiel aufgrund eines druckbedingten Funktionsfehlers verschlossen bleibt oder aufgrund eines blockierenden Partikels klemmt und nicht betriebsgemäß funktioniert. Außerdem können durch Partikel auch anderweitige Funktionseinschränkungen gegeben sein, wie zum Beispiel ein Verstopfen einer Zulaufbohrung zu einem Innenbereich des Steuerventils. Mittels der beschriebenen Vorrichtungen ist trotz solcher Fehlermöglichkeiten ein Entleeren des Fluidbehälters möglich, sodass ein Beitrag zu einem sicheren und zuverlässigen Betreiben eines Airbagsystems geleistet wird.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ist das Steuerventil mittels eines Gehäuses, welches einen Zulauf für das Fluid von dem Fluidbehälter zu dem Steuerventil ausbildet, mit dem Fluidbehälter gekoppelt. Ferner ist die Sicherheitsvorrichtung mit dem Gehäuse gekoppelt und so ausgebildet, dass sich der Fluidkanal der Sicherheitsvorrichtung durch eine Wandung des Gehäuses erstreckt. Auf diese Weise kann verbleibendes Gas bzw. Fluid aus dem Fluidbehälter durch den Fluidkanal zum Beispiel in die Umwelt entweichen, wenn beispielsweise das Steuerventil nach der Auslösung des Airbagsystems geschlossen oder blockiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann der oder ein weiterer Fluidkanal der Sicherheitsvorrichtung so in der Wandung des Gehäuses angeordnet sein, dass er sich bis zu dem Zulauf zum Airbag erstreckt und das entweichende Gas noch zusätzlich für die Nutzung im Airbag vorgesehen werden kann.
-
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung weist das Steuerventil ein Dichtelement und ein Bodenelement mit der Zulaufbohrung auf, die dazu ausgebildet sind, in einer Schließposition einen Fluidfluss durch die Zulaufbohrung zu unterbinden und ansonsten freizugeben. Die Sicherheitsvorrichtung ist mit dem Bodenelement gekoppelt, sodass sich der Fluidkanal der Sicherheitsvorrichtung (durch das Bodenelement erstreckt oder eine Ausnehmung an dem Bodenelement ausbildet.
-
Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung der Vorrichtung ist die Sicherheitsvorrichtung mit dem Dichtelement gekoppelt, sodass sich der Fluidkanal der Sicherheitsvorrichtung durch das Dichtelement erstreckt oder eine Ausnehmung an dem Dichtelement ausbildet.
-
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung ist der Fluidkanal der Sicherheitsvorrichtung fluidtechnisch mit dem Zulauf zu dem Airbag gekoppelt.
-
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung weist die Sicherheitsvorrichtung eine Blende und/oder eine Drossel auf, die in oder an dem Fluidkanal angeordnet ist.
-
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung ist die Sicherheitsvorrichtung als separates Element ausgebildet und mit dem Gehäuse und/oder dem Bodenelement des Steuerventils form-, kraft- oder stoffschlüssig gekoppelt.
-
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Vorrichtung weist der Fluidkanal der Sicherheitsvorrichtung einen Querschnitt auf, welcher in Abstimmung auf einen Fluidfluss durch die Zulaufbohrung des Steuerventils ausgebildet ist. Auf diese Weise kann ein Entleeren durch den Fluidkanal an die Funktionalität des Airbagsystems zum Aufblasen des Airbags angepasst werden. Beispielsweise ist der Airbag innerhalb von einigen Millisekunden mit einem gewünschten Volumen befüllt und der durchgehend geöffnete Fluidkanal der Sicherheitsvorrichtung ist so vorgegeben ausgebildet, dass dieser ein weiteres Entleeren des Fluidbehälters innerhalb von 10 Sekunden oder 30 Sekunden ermöglicht.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein Kraftfahrzeug eine der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Vorrichtung zum Betreiben eines Airbagsystems, welches in oder an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Dadurch, dass das Kraftfahrzeug eine Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst, sind, sofern zutreffend, beschriebene Eigenschaften und Merkmale der Vorrichtung auch für das Airbagsystem bzw. das Kraftfahrzeug offenbart. Das Airbagsystem umfasst dann zum Beispiel eine Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Vorrichtung und einen daran angeschlossenen Airbag.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Betreiben eines Airbagsystems für ein Kraftfahrzeug,
- 2 eine weitere schematische Darstellung der Vorrichtung zum Betreiben eines Airbagsystems für ein Kraftfahrzeug,
- 3 eine weitere schematische Darstellung der Vorrichtung zum Betreiben eines Airbagsystems für ein Kraftfahrzeug, und
- 4 eine weitere schematische Darstellung der Vorrichtung zum Betreiben eines Airbagsystems für ein Kraftfahrzeug.
-
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren-übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht alle Elemente in sämtlichen Figuren mit zugehörigen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Aufbau einer Vorrichtung 100 zum Betreiben eines Airbagsystems für ein Kraftfahrzeug mit einem Gasgenerator und einem Steuerventil 12.
-
Die Vorrichtung 100 umfasst einen Gasbehälter 1, in welchem sich ein unter Druck stehendes Fluid befindet. Bei einer Aktivierung des Airbagsystems, zum Beispiel im Falle eines Auffahrunfalls eines zugehörigen Kraftfahrzeugs, erfolgt eine Aktivierung eines Drucksicherungselements 2, beispielsweise in Form einer Berstscheibe, sodass das Fluid in einen Zulaufbereich 4 des Steuerventils 12 strömt, welcher von einem Gehäuse 3 umschlossen und ausgebildet ist. Das Gehäuse 3 koppelt als Hülse das Steuerventil 12 mit dem Gasbehälter 1.
-
Von dem Zulaufbereich 4 strömt das Fluid weiter in eine Zulaufbohrung 5 in einem Bodenelement 13 des Steuerventils 12. In einem Endbereich der Zulaufbohrung 5 ist ein Ventilsitz oder ein Dichtbereich 6 ausgebildet, welcher mit einem axial beweglichen Dichtelement 7 des Steuerventils 12 zusammenwirkt, sodass in Bezug auf das Dichtelement 7 und den Ventilsitz in einer Schließposition ein Fluidfluss durch die Zulaufbohrung 5 verhindert wird und ansonsten freigegeben wird.
-
Eine Ansteuerung des Steuerventils 12 beziehungsweise des Dichtelements 7 erfolgt vorzugsweise mittels eines Aktuators 8 des Steuerventils 12. Je nach Ansteuerung des Aktuators 8 ist der Endbereich der Zulaufbohrung 5 durch das Dichtelement 7 verschlossen oder geöffnet. Innerhalb eines betriebsgemäßen Funktionsfalls erfolgt eine kontrollierte Öffnung des Drucksicherungselements 2, zum Beispiel in Form einer kontrollierten Explosion oder Aufbrennens einer Berstscheibe, sodass das Medium bzw. das Fluid bei geöffneten Steuerventil 12 vom Gasbehälter 1 durch das Drucksicherungselement 2, durch den Zulaufbereich 4, durch die Zulaufbohrung 5 des Bodenelements 13, durch den Steuerventilbereich und durch eine Bohrung 9 in einen Zulauf 10 zu einem Airbag gelangen kann.
-
Der Aktuator 8 kann als direktgesteuerter Aktuator aufgebaut sein. Die Bauform des Steuerventils 12 kann stromlos offen oder stromlos geschlossen ausgeführt sein. Je nach Bauform schließt oder öffnet das Dichtelement 7 in einem nicht aktivierten Zustand des Steuerventils 12 den Endbereich der Zulaufbohrung 5 in dem Dichtbereich 6 des Bodenelements 13 ab.
-
Der Aktuator 8 kann auch als vorgesteuerter Aktuator aufgebaut sein. Dabei steuert ein direkt gesteuerter Aktuator durch Druckverhältnisse im Dichtbereich 6 so, dass das mit dem Aktuator 8 nicht direkt verbundenes Dichtelement 7 den Endbereich der Zulaufbohrung 5 entweder verschließt oder freigibt.
-
Das Dichtelement 7 kann in Sitzbauweise durch eine Paarung folgender Möglichkeiten ausgeführt sein: Das Dichtelement 7 weist an dem dem Dichtbereich 6 zugewandten Ende eine Kugelform und der Ventilsitzbereich eine Kegelform auf. Das Dichtelement 7 weist an dem dem Dichtbereich 6 zugewandten Ende eine Kegelform wie auch der Dichtbereich 6 selbst. Das Dichtelement 7 weist eine Kugel auf oder ist als Kugel ausgebildet und wirkt mit einem kegelförmigen Dichtbereich zusammen. Das Dichtelement 7 kann ferner als Schieber oder zylinderfömiges Element ausgebildet sein, welches in eine Bohrung eintaucht, die den Dichtbereich bildet oder umfasst. Dabei gibt die Bohrung je nach relativer Lage des Dichtelements 7 innerhalb der Bohrung einen Querschnitt über eine Steuerkante frei. Dementsprechend bildet der Ventilsitz bzw. der Dichtbereich 6 einen Ringspalt aus.
-
Bei einem Aufbau eines Airbagsystems bzw. einer Vorrichtung ohne zusätzliche Sicherheitsvorrichtung besteht das Risiko, dass auch nach dem Auslösen ein Restvolumen eines Fluids in dem zugehörigen Gasbehälter verbleibt, was eine Gefahr hinsichtlich der Sicherheit des Airbagsystems darstellen kann. Ein solches Risiko besteht zum Beispiel, wenn ein Ventil bauartbedingt so aufgebaut ist, dass es bei einer Nichtaktivierung geschlossen ist. Bei einem Abriss einer zugehörigen Ansteuerversorgung ist das Ventil geschlossen und es könnte kein weiteres Gas aus dem Gasbehälter entweichen. Ein solches Risiko eines verbleibenden Restvolumens des Fluids in dem Gasbehälter besteht ferner, wenn das Ventil durch einen Druck im Ventil und/oder aufgrund eines Fehlerfalls verschlossen ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass das Ventil, beispielsweise bedingt durch einen festsitzenden Partikel, klemmt und das Ventil daher verschlossen bleibt. Auch die dem Dichtelement zugeordnete Zulaufbohrung kann zu einem solchen Fehlerfall beitragen.
-
Mittels der beschriebenen Vorrichtung 100 kann das Verbleiben von Restvolumen des Fluids in dem Gasbehälter 1 verhindert oder einem Verbleiben zumindest entgegengewirkt und somit zu einer erhöhten Sicherheit eines Airbagsystems beigetragen werden. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung 100 zumindest eine Sicherheitsvorrichtung 11a, 11b, 11c, 11d auf, welche mit dem Steuerventil 12 gekoppelt ist und einen Fluidkanal zum Führen von Fluid umfasst (s. 1 bis 4) . Die Sicherheitsvorrichtung 11a, 11b, 11c, 11d ist dazu ausgebildet, bei einer Aktivierung des Airbagsystems unabhängig von einem Betriebszustand des Steuerventils 12 Fluid aus dem Gasbehälter 1 durch den Fluidkanal zu führen.
-
Die Sicherheitsvorrichtung 11a, 11b, 11c, 11d ist beispielsweise als Blende, Drossel und/oder ein Kanal ausgebildet oder weist ein solches Element und ist zum Beispiel gemäß der Ausführungsform nach 1 im Zulaufbereich 4 zum Steuerventil 12 mit einem Durchgang durch das Gehäuse 3 realisiert. Ist das Steuerventil 12 nach der Auslösung des Airbagsystems beispielsweise geschlossen oder blockiert, kann durch die vorgesehene Sicherheitsvorrichtung 11a, 11b, 11c, 11d das restliche Gas bzw. Fluid dennoch entweichen. Gemäß 1 entweicht das verbleibende Fluid durch die Sicherheitsvorrichtung 11a in die Umwelt. Ein frei passierbarer Querschnitt der Sicherheitsvorrichtung 11a, 11b, 11c, 11d kann mittels einer Blende, einer Drossel oder eines Kanals so klein vorgegeben, dass in einem betriebsgemäßen Funktionsfall des Airbagsystems ein kontrollierter Fluidfluss entweichen kann. Die Funktionsfähigkeit des Airbagsystems bzw. das sichere und zuverlässige Aufblasen eines zugehörigen Airbags ist durch eine solche Sicherheitsvorrichtung 11a, 11b, 11c, 11d nicht beeinträchtigt.
-
Beispielsweise ist der Airbag innerhalb von einigen Millisekunden mit einem gewünschten Volumen befüllt und der durchgehend geöffnete Fluidkanal der Sicherheitsvorrichtung 11a, 11b, 11c, 11d ist so vorgegeben ausgebildet, dass dieser ein weiteres Entleeren des Gasbehälters 1 innerhalb von 5 Sekunden, 10 Sekunden oder 30 Sekunden ermöglicht.
-
2 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung 100 zum Betreiben eines Airbagsystems für ein Kraftfahrzeug, bei welchem die Sicherheitsvorrichtung 11b durch die Wandung des Genäuses 3 erstreckt und vom Zulaufbereich 4 des Steuerventils 12 zum Zulauf 10 zum Airbag angeordnet ist. Hierdurch wird im Funktionsfall das durch die Sicherheitsvorrichtung 11b entweichende Gas bzw. Fluid noch zusätzlich für die Nutzung im Airbag vorgesehen.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung 100 ist die Sicherheitsvorrichtung 11c direkt in dem Steuerventil 12 angeordnet bzw. mit diesem verbunden. Hierdurch wird bei einem Entleeren des Gasbehälters 1 das durch die Sicherheitsvorrichtung 11c entweichende Gas noch zusätzlich für die Nutzung im Airbag vorgesehen. Dabei kann die Sicherheitsvorrichtung 11c Blenden, Drosseln oder Kanäle aufweisen, die direkt in dem Bodenelement 13 als trennendem Element zwischen dem Zulaufbereich 4 zum Steuerventil 12 und dem Steuerventilinnenbereich gefertigt sein, sodass das Gas bzw. das Fluid aus dem Gasbehälter 1 durch den Zulaufbereich 4 durch die Öffnung der Sicherheitsvorrichtung 11c und bei geöffnetem Dichtelement 7 durch die Zulaufbohrung 5 in den Steuerventilinnenbereich und von dort durch die Bohrung 9 in den Zulauf 10 zum Airbag gelangen kann.
-
Alternativ oder zusätzlich kann die Sicherheitsvorrichtung 11a-11d als ein gesondertes Element ausgebildet sein oder ein solches aufweisen, welches durch Formschluss, Gewinde oder Presssitz an einer dafür vorgesehenen Position eingebracht ist, um Fluid aus dem Gasbehälter 1 zu leiten. Vorzugsweise ist die Sicherheitsvorrichtung 11a-11d so ausgestaltet, dass in Strömungsrichtung des durchtretenden Fluids keine oder lediglich eine geringe Verjüngung vorhanden ist, sodass einem Festsetzen von Partikel und Verstopfen der Durchgangsöffnung Sicherheitsvorrichtung 11a-11d entgegengewirkt wird. Solche Partikel können unter anderem beim Öffnen der Berstscheibe 2 in den Zulaufbereich 4 gelangen. Alternativ oder zusätzlich kann die Sicherheitsvorrichtung 11a-11d auch einen Sinterkörper oder Filter umfassen, welcher ein Festsetzen von Partikeln verhindern kann.
-
4 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung der Vorrichtung 100 mit einer Sicherheitsvorrichtung 11d, welche direkt im Sitzbereich des Bodenelements 13 angeordnet ist. Beispielsweise ist die Sicherheitsvorrichtung 11d Im Dichtbereich 6 und/oder an dem Dichtelement 7 in Form eines Kanals oder einer Nut eingebracht. Hier wird im geschlossenen Zustand des Steuerventils 12, in dem das Dichtelement 7 mit dem Dichtbereich 6 zusammenwirkt, ein kleiner Querschnitt freigegeben, welcher die Durchgangsöffnung der Sicherheitsvorrichtung 11d realisiert und durch die das Medium bzw. das Fluid entweichen kann. Auch ein Kanal durch das Dichtelement 7, zum Beispiel ausgehend von einer Spitze des Dichtelements 7, welche der Zulaufbohrung 5 zugewandt ist, durch das Dichtelement 7 bis in den Steuerventilinnenbereich, der mit der Bohrung 9 in fluidtechnischer Verbindung steht.
-
Die beschriebenen Druckentlastungen mittels der Sicherheitsvorrichtungen 11a-11d können einzeln oder mit Redundanz in der Vorrichtung 100 bzw. einem Airbagsystem vorgesehen sein. Sie realisieren jeweils eine definierte Undichtigkeit, welche kontrolliert in dem Airbagsystem eingebracht ist, um zu einem vollständigen Entleeren des Gasbehälters 1 und damit zu einer erhöhten Sicherheit des Airbagsystems beizutragen.
