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Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für einen Gasgenerator zum Steuern eines Massenstroms eines druckbeaufschlagten Airbaggases aus dem Gasgenerator zum Befüllen eines Airbags eines Kraftfahrzeugs. Dabei umfasst die Ventilanordnung ein elektrisch ansteuerbares Pilotventil mit einem Pilotventilkolben und einer mit dem Pilotventilkolben verschließbaren Pilotventilzulaufbohrung. Weiter umfasst die Ventilanordnung ein Hauptventil mit einem Hauptventilgehäuse, das eine fluidisch mit dem Gasgenerator verbindbare Zulaufbohrung sowie eine mit der Zulaufbohrung fluidisch stromabwärts verbundene axiale Durchgangsbohrung aufweist, einem in der Durchgangsbohrung axial verschiebbar angeordneten, zylinderförmigen Hauptventilkolben, der die Durchgangsbohrung in eine fluidisch über die Pilotventilzulaufbohrung mit dem Pilotventil verbundene Steuerkammer und eine fluidisch stromabwärts mit der Zulaufbohrung verbundene Vorkammer teilt, und einem Überströmkanal, der die Vorkammer und die Steuerkammer fluidisch miteinander verbindet. An einem der Zulaufbohrung zugewandten axialen Endabschnitt der die Durchgangsbohrung umgebenden Gehäuseinnenwand des Hauptventilgehäuses ist eine Ventilsitzfläche für den Hauptventilkolben ausgebildet, um einen Airbaggasstrom von der Zulaufbohrung zu der Durchgangbohrung in einer ersten Betriebsstellung des Hauptventilkolbens zu sperren, in der eine Lagerfläche des Hauptventilkolbens zumindest teilweise in Kontakt mit der Ventilsitzfläche ist, und in einer zweiten Betriebsstellung des Hauptventilkolbens freizugeben. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Aufprallschutzsystem für ein Kraftfahrzeug, wobei das Aufprallschutzsystem einen Airbag, einen Gasgenerator, der dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein Aktivierungssignal druckbeaufschlagtes Airbaggas bereitzustellen, und eine derartige Ventilanordnung zum Steuern eines Massenstrom des Airbaggases zum Befüllen des Airbags umfasst, und wobei die Zulaufbohrung des Hauptventils fluidisch mit einem Airbaggasaustrittskanal des Gasgenerators verbunden ist.
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Seit vielen Jahren sind in Kraftfahrzeugen Personenschutzmittel wie insbesondere ein als Rückhaltesystem ausgestaltetes Aufprallschutzsystem für den Schutz der Insassen eines Kraftfahrzeugs bei einem Unfall bekannt, wodurch Verletzungen der Insassen möglichst verhindert oder deren Schwere zumindest reduzieret werden sollen. Üblicherweise kommen hierbei Luft- bzw. Gassäcke, gewöhnlich Airbags genannt, zum Einsatz, die den Insassen im Kollisionsfall auffangen und die mit einem Fluid, einem sogenannten Airbaggas, gefüllt werden. Dabei entfaltet sich der Airbag durch das einströmende Airbaggas innerhalb eines kurzen Zeitbereichs zwischen 10 ms und 50 ms zwischen einem Insassen und Teilen eines Innenraumes des Kraftfahrzeuges und bildet ein Kissen, wodurch verhindert wird, dass der Insasse gegen harte Teile des Fahrzeuginnenraums wie beispielsweise ein Lenkrad prallt.
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Das Airbaggas wird regelmäßig in einem Gasgenerator mit einem Hochdruck von bis zu mehreren hundert bar bis hin zu tausend bar oder über tausend bar bereitgestellt. Bei dem Gasgenerator kann es sich um einen sogenannten Heißgasgenerator handeln, in dem ein solches Airbaggas durch eine pyrotechnische Verbrennungsreaktion erzeugt wird oder auch um einen sogenannten Kaltgasgenerator, in dem bereits ein unter Druck stehendes Airbaggas gespeichert ist. Auch eine kombinierte Ausführung als Hybridgasgenerator ist möglich.
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Das Aufprallschutzsystem löst üblicherweise kurz nach dem Aufprallzeitpunkt aus, d. h. erst wenn der Aufprall bereits erfolgt ist. Es sind jedoch auch bereits Aufprallschutzsysteme bekannt, welche durch geeignete Sensoren und Auswertung deren Signale einen Zeitpunkt erkennen, bei dem ein Aufprall unvermeidbar ist. Dieser Zeitpunkt liegt in der sogenannten Pre-Crash-Phase und damit vor dem eigentlichen Aufprallzeitpunkt. Dabei ist vorgesehen, mit dieser Information das Aufprallschutzsystem bereits vor dem Aufprall zu aktivieren, um so die Insassen eines Fahrzeuges noch besser vor Verletzungen schützen zu können.
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Insbesondere hierfür ist der Einsatz von zwei- oder mehrstufigen Gasgeneratoren geplant. Hier wird mittels einer Ventilanordnung zum Steuern des Massenstroms des druckbeaufschlagten Airbaggases in zwei oder mehreren aufeinanderfolgenden Phasen jeweils ein bestimmter Massenstrom des Airbaggases abgegeben und in den Airbag eingeleitet. Die entsprechenden Öffnungs- und Schließbewegungen der Ventilanordnung müssen dabei innerhalb weniger Millisekunden erfolgen und gegen hohe Airbaggasdrücke arbeiten. Dabei muss der Hauptventilkolben des Hauptventils durch einen Airbaggasdruck an seiner der Vorkammer bzw. Zulaufbohrung zugewandte, stirnseitigen Druckwirkfläche definiert und schnell in die zweite Betriebsstellung bewegt werden können. Hierfür muss der Airbaggasdruck an dieser Druckwirkfläche des Hauptventilkolbens möglichst groß, definiert und gleichmäßig sein.
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Eine Ventilanordnung und ein Aufprallschutzsystem der eingangs genannten Art sind beispielsweise in der
DE 10 2015 209 019 A1 offenbart. Das Aufprallschutzsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Gasgenerator zum Speichern eines Airbaggases unter Druck und einen Airbag sowie eine Ventilanordnung zum Steuern eines Massenstroms des druckbeaufschlagten Airbaggases in den Airbag. Die Ventilanordnung umfasst ein Hauptventil mit einer mit dem Gasgenerator verbundenen Zulaufbohrung, ein Hauptventilgehäuse, in dem eine gestufte Durchgangsöffnung vorhanden ist und einen in der Durchgangsöffnung des Hauptventilgehäuses axial geführten und entsprechend gestuften Hauptventilkolben. Zudem weist die Ventilanordnung ein elektrisch ansteuerbares Pilotventil mit einem Pilotventilkolben und einer Pilotventilzulaufbohrung auf. Der Hauptventilkolben teilt die Durchgangsöffnung in eine fluidisch über die Pilotventilzulaufbohrung mit dem Pilotventil verbundene Steuerkammer und eine fluidisch mit der Zulaufbohrung verbundene Vorkammer, wobei das Hauptventil einen Überströmkanal aufweist, der die Vorkammer und die Steuerkammer fluidisch miteinander verbindet. Innerhalb des Hauptventilgehäuses zweigt eine Ablaufbohrung zum Ablassen des Airbaggases in den Airbag von der Durchgangsöffnung ab, wobei mittels des Airbaggases und abhängig von einer Stellung des Pilotventilkolbens der Hauptventilkolben in einer Geschlossenstellung die Ablaufbohrung verschließt und in einer Offenstellung die Ablaufbohrung freigibt. Dabei liegt der Hauptventilkolben mit einem zylinderförmigen Abschnitt seiner äußeren Mantelfläche in der Geschlossenstellung an einem Ventilsitz in dem Hauptventilgehäuse, der als ein zylinderförmiger Gehäuseinnenwandabschnitt ausgebildet ist, dichtend an, so dass in dieser Stellung ein Airbaggasfluss aus der Zulaufbohrung in die Durchgangsbohrung verhindert wird.
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Nachteilig gestaltet sich bei einer solchen Ventilanordnung jedoch insbesondere, dass ein definiertes gasdichtes Abdichten am Ventilsitz in der ersten Betriebsstellung des Hauptventilkolbens, also in der Geschlossenstellung, nicht gewährleistet ist, und dass zudem ein verhältnismäßiger großer Kolbenhub des Hauptventilkolbens von der ersten in die zweite Betriebsstellung, also in eine Offenstellung, erforderlich ist, um einen ausreichend großen Airbaggasfluss von der Zulaufbohrung in die Durchgangsbohrung zu erreichen. Dies verhindert ein definiertes und schnelles Schalten des Hauptventilkolbens und damit des Hauptventils, woraus insgesamt ein nicht bedarfsgerechtes Befüllen des Airbags resultieren kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Ausgestaltung für eine Ventilanordnung sowie für ein entsprechendes Aufprallschutzsystem mit einer Ventilanordnung anzugeben, welche ein zuverlässiges und dabei möglichst schnelles und präzises Befüllen des Airbags ermöglicht.
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Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 9 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Demnach umfasst eine Ventilanordnung für einen Gasgenerator zum Steuern eines Massenstroms eines druckbeaufschlagten Airbaggases aus dem Gasgenerator zum Befüllen eines Airbags eines Kraftfahrzeugs ein elektrisch ansteuerbares Pilotventil mit einem Pilotventilkolben und eine mit dem Pilotventilkolben verschließbaren Pilotventilzulaufbohrung. Weiter umfasst die Ventilanordnung ein ein Hauptventil mit einem Hauptventilgehäuse, das eine fluidisch mit dem Gasgenerator verbindbare Zulaufbohrung sowie eine mit der Zulaufbohrung fluidisch stromabwärts verbundene axiale Durchgangsbohrung aufweist, einem in der Durchgangsbohrung axial verschiebbar angeordneten, zylinderförmigen Hauptventilkolben, der die Durchgangsbohrung in eine fluidisch über die Pilotventilzulaufbohrung mit dem Pilotventil verbundene Steuerkammer und eine fluidisch stromabwärts mit der Zulaufbohrung verbundene Vorkammer teilt, und einem Überströmkanal, der die Vorkammer und die Steuerkammer fluidisch miteinander verbindet. An einem der Zulaufbohrung zugewandten axialen Endabschnitt der die Durchgangsbohrung umgebenden Gehäuseinnenwand des Hauptventilgehäuses ist eine Ventilsitzfläche für den Hauptventilkolben ausgebildet, um einen Airbaggasstrom von der Zulaufbohrung zu der Durchgangbohrung in einer ersten Betriebsstellung des Hauptventilkolbens zu sperren, in der eine Lagerfläche des Hauptventilkolbens zumindest teilweise in Kontakt mit der Ventilsitzfläche ist, und in einer zweiten Betriebsstellung des Hauptventilkolbens freizugeben.
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Erfindungsgemäß ist die Lagerfläche des Hauptventilkolbens an seinem der Zulaufbohrung zugewandten axialen Endabschnitt ausgebildet, wobei dieser axiale Endabschnitt des Hauptventilkolbens sich in Richtung zur Zulaufbohrung hin verjüngt. Die Lagerfläche des Hauptventilkolbens, die mit der Ventilsitzfläche der Gehäuseinnenwand des Hauptventilgehäuses zusammenwirkt, verjüngt sich also in Richtung der Zulaufbohrung hin. Dabei verjüngt sich der axiale Endabschnitt des Hauptventilkolbens bzw. die Lagerfläche insbesondere nicht stetig in Richtung der Zulaufbohrung hin.
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Durch eine derartige Ausgestaltung wird ein definiertes und zuverlässiges Abdichten am Ventilsitz ermöglicht und es ist dabei gleichzeitig auch ein nur geringer Kolbenhub zum Verbringen des Hauptventilkolbens von der ersten in die zweite Betriebsstellung, also in eine Offenstellung, erforderlich, um in der zweiten Betriebsstellung einen ausreichend hohen Massenstrom des Airbaggases in die Durchgangsöffnung zu ermöglichen. Es ist so ein definiertes und schnelles Schalten des Hauptventilkolbens bzw. des Hauptventils gewährleistet.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat somit insgesamt den Vorteil, dass dadurch eine verbesserte Ausgestaltung für eine Ventilanordnung bereitgestellt wird, welche ein zuverlässiges und dabei möglichst schnelles und präzises Befüllen des Airbags ermöglicht.
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Im Rahmen der Erfindung sind die Begriffe „stromabwärts“ und „stromaufwärts“ jeweils bezogen auf die Richtung der Airbaggasströmung im Betrieb.
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Der Massenstrom des Airbaggases ist definiert durch die Masse des Airbaggases, die pro Zeiteinheit durch einen bestimmten Querschnitt strömt (m/t), insbesondere die pro Zeiteinheit zu dem Airbag hinströmt (m/t).
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Im Wesentlichen wird über das elektrisch ansteuerbare Pilotventil und insbesondere über eine Stellung des Pilotventilkolbens die Bewegung und damit die Stellung des Hauptventilkolbens des Hauptventils und folglich der Massenstrom in den Airbag gesteuert. Das Pilotventil ist dabei vorzugsweise als Magnetventil ausgebildet und umfasst eine Spule, die eine Spulenwicklung aus einem elektrischen Leiter aufweist. Wird an die Spule eine elektrische Spannung angelegt bzw. die Spule mit Strom beaufschlagt, baut sich ein Magnetfeld in dem Pilotventil auf und die daraus resultierende Magnetkraft wirkt unmittelbar oder mittelbar auf den Pilotventilkolben.
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Das Pilotventil kann als ein stromlos geschlossenes Pilotventil oder als ein stromlos offenes Pilotventil ausgebildet sein. Bei einer Ausgestaltung als stromlos geschlossenes Pilotventil verschließt der Pilotventilkolben die Pilotventilzulaufbohrung ohne angelegte elektrische Spannung bzw. ohne Strombeaufschlagung, wobei das Pilotventil dabei vorteilhafterweise eine Druckfeder aufweist, die den Pilotventilkolben in eine Schließposition vorspannt, d.h. in eine Position, in welcher der Pilotventilkolben die Pilotventilzulaufbohrung verschließt. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird der Pilotventilkolben dann zunächst in eine Öffnungsposition bewegt, d.h. in eine Position, in welcher der Pilotventilkolben die Pilotventilzulaufbohrung freigibt. Bei einer Ausgestaltung als stromlos offenes Pilotventil verbleibt der Pilotventilkolben ohne angelegte elektrische Spannung bzw. ohne Strombeaufschlagung grundsätzlich in einer beliebigen Position, wobei das Pilotventil vorzugsweise eine Druckfeder aufweist, die das Pilotventil bzw. den Pilotventilkolben in eine definierte Öffnungsposition vorspannt. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung bzw. durch Bestromung kann der Pilotventilkolben dann in eine Schließposition bewegt werden, d.h. in eine Position, in der der Pilotventilkolben die Pilotventilzulaufbohrung verschließt.
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Durch den Überströmkanal des Hauptventils, der die Vorkammer und die Steuerkammer fluidisch miteinander verbindet, kann das Airbaggas von der Ventilkammer in die Steuerkammer strömen, wobei hautsächlich in Abhängigkeit einer Druckdifferenz zwischen der Ventilkammer und der Steuerkammer ein bestimmter Massenstrom durch den Überströmkanal fließen kann.
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Wird der Gasgenerator aktiviert und damit unter Druck gespeichertes Airbaggas bereitgestellt, strömt das Airbaggas über die Zulaufbohrung in die Vorkammer der Durchgangsbohrung. Dadurch steigt der Airbaggasdruck in der Vorkammer und über den Überströmkanal kann Airbaggas in die Steuerkammer fließen, wodurch der Airbaggasdruck auch von der Steuerkammer her auf den Hauptventilkolben wirken kann. Aufgrund der Druckverhältnisse in der Steuerkammer und der Ventilkammer und abhängig von der geometrischen Gestaltung des Hauptventilkolbens wirken auf den Hauptventilkolben also entsprechende Kräfte von Seiten der Steuerkammer und der Ventilkammer her, wobei sich der Hauptventilkolben bei einem Kräfteungleichgewicht entsprechend bewegt. Das Pilotventil ist dazu vorgesehen, den Airbaggasdruck in der Steuerkammer zu steuern. Wird über das Pilotventil der Airbaggasdruck in der Steuerkammer beispielsweise gesenkt, sinkt auch die Kraft, die auf den Hauptventilkolben von der Steuerkammer her wirkt.
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Vorteilhafterweise zweigt innerhalb des Hauptventilgehäuses mindestens eine Ablaufbohrung zum Ablassen des Airbaggases in den Airbag von der Durchgangsbohrung ab, wobei der Hauptventilkolben in der ersten Betriebsstellung durch den zumindest teilweisen Kontakt seiner Lagerfläche mit der Ventilsitzfläche der Gehäuseinnenwand des Hauptventilgehäuses die wenigstens eine Ablaufbohrung verschließt und in der zweiten Betriebsstellung die wenigstens eine Ablaufbohrung freigibt
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Lagerfläche mit einem Krümmungsradius konvex in Richtung der Ventilsitzfläche ausgebildet. Die Lagerfläche ist also konvex nach außen, d.h. in Richtung der Ventilsitzfläche, gekrümmt.
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Dabei ist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ein Mittelpunkt des Krümmungsradius der Lagerfläche radial beabstandet zu einer Mittellängsachse der Hauptventilkolbens angeordnet. Der Mittelpunkt des Krümmungsradius der Lagerfläche liegt also nicht auf, sondern neben der Mittellängsachse des Hauptventilkolbens. Der Mittelpunkt ist also quasi mit einer Exzentrizität bezüglich der Mittellängsachse des Hauptventilkolbens ausgebildet. Dadurch werden zudem insbesondere Strömungsverluste und -widerstände möglichst gering gehalten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein Mittelpunkt des Krümmungsradius der Lagerfläche axial beabstandet zu der Lagerfläche, vorzugsweise zu einem Sitzdurchmesser des in der ersten Betriebsstellung des Hauptventilkolbens in einem dichtenden Kontakt mit der Ventilsitzfläche stehenden axialen Abschnitts der Lagerfläche, angeordnet. Der Mittelpunkt des Krümmungsradius der Lagerfläche liegt in axialer Richtung gesehen also nicht auf der Lagerfläche, vorzugsweise nicht auf einem Sitzdurchmesser des in der ersten Betriebsstellung des Hauptventilkolbens in einem dichtenden Kontakt mit der Ventilsitzfläche stehenden axialen Abschnitts der Lagerfläche, sondern axial beabstandet dazu. Auch dadurch werden zudem insbesondere Strömungsverluste und -widerstände möglichst gering gehalten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Hauptventilkolben an seinem der Zulaufbohrung zugewandten axialen Ende eine ebene Grundfläche auf. Mit anderen Worten ist der axiale Endabschnitt des Hauptventilkolbens näherungsweise kegelstumpfartig ausgebildet, wobei die Mantelfläche des axialen Endabschnitts des Hauptventilkolbens die Lagerfläche bildet und sich in Richtung der Zulaufbohrung hin, insbesondere nicht stetig, verjüngt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform verjüngt sich der axiale Endabschnitt der Gehäuseinnenwand des Hauptventilgehäuses in Richtung zur Zulaufbohrung hin konisch. Die Ventilsitzfläche der Gehäuseinnenwand des Hauptventilgehäuses, die mit der Lagerfläche des Hauptventilkolbens zusammenwirkt, verjüngt sich also konisch in Richtung der Zulaufbohrung hin.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Überströmkanal als eine Kolbenbohrung in dem Hauptventilkolben ausgebildet ist, wobei vorzugweise in der Kolbenbohrung eine Kolbensteuerblende angeordnet ist. Dabei wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung in der Kolbenbohrung, und bei einer Ausgestaltung mit einer Kolbensteuerblende in der Kolbenbohrung in einem Anströmbereich der Kolbensteuerblende, vorteilhaft ein möglichst großer Staudruck erzielt.
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Der Hauptventilkolben weist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eine der Steuerkammer zugewandte erste Druckwirkfläche und eine der Zulaufbohrung zugewandte zweite Druckwirkfläche auf, wobei die erste Druckwirkfläche größer ist als die zweite Druckwirkfläche. Es ergibt sich durch die Flächenverhältnisse dieser Druckwirkflächen des Kolbens ein Kräftegleichgewicht, sofern der Airbaggasdruck in der Steuerkammer entsprechend geringer ist als der Airbaggasdruck in der Vorkammer. Der Hauptventilkolben kann somit spätestens bei einem gleichen Airbaggasdruck in der Steuerkammer und in der Vorkammer schalten, d.h. aktiviert werden und sich dabei insbesondere in die erste Betriebsstellung bewegen.
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Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Aufprallschutzsystem für ein Kraftfahrzeug, wobei das Aufprallschutzsystem einen Airbag und einen Gasgenerator, der dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein Aktivierungssignal druckbeaufschlagtes Airbaggas bereitzustellen, umfasst. Ferner umfasst das Aufprallschutzsystem eine erfindungsgemäße Ventilanordnung zum Steuern eines Massenstrom des Airbaggases zum Befüllen des Airbags. Dabei ist die Zulaufbohrung des Hauptventils fluidisch mit einem Airbaggasaustrittskanal des Gasgenerators verbunden.
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Die für die erfindungsgemäße Ventilanordnung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Aufprallschutzsystem.
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Vorteilhafterweise weist das Aufprallschutzsystem weiter wenigstens einen Sensor auf, der bei einem Aufprall und/oder zeitlich vor einem Aufprall crashrelevante Parameter zum Berechnen eines voraussichtlichen Aufprallverlaufes erfasst und an eine Steuergeräteeinheit überträgt, die insbesondere dazu ausgelegt ist, aus den erfassten crashrelevanten Parametern den voraussichtlichen Aufprallverlauf und basierend darauf den zu jedem Zeitpunkt des Aufprallverlaufes benötigten Massenstrom des Airbaggases in den Airbag zu bestimmen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in einer schematischen Längsschnittdarstellung ein Aufprallschutzsystem mit einer Ventilanordnung in einem geöffneten Zustand,
- 2 in einer Detailansicht gemäß II in 1 den in der Durchgangsbohrung angeordneten Hauptventilkolben der Ventilanordnung aus 1, und
- 3 in einer schematischen Längsschnittdarstellung das Aufprallschutzsystem aus 1 mit der Ventilanordnung in einem geschlossenen Zustand.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines Aufprallschutzsystems 1 für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Das Aufprallschutzsystem 1 umfasst einen Airbag (nicht dargestellt) sowie einen als Kaltgasgenerator ausgebildeten Gasgenerator 2, in dem ein Airbaggas unter Druck gespeichert ist und der dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein Aktivierungssignal druckbeaufschlagtes Airbaggas bereitzustellen. Hierfür weist der Gasgenerator 2 ein als Berstscheibe ausgebildetes Verschlusselement (nicht dargestellt) zum Verschließen eines Airbaggasaustrittskanals des Gasgenerators 2 auf, wobei das Verschlusselement im Falle eines Aufpralls zerstört wird, so dass das unter Druck stehende Airbaggas aus dem Gasgenerator 2 austreten kann. Weiter umfasst das Aufprallschutzsystem 1 eine Ventilanordnung 3 zum Steuern eines Massenstroms des Airbaggases zum Befüllen des Airbags. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ventilanordnung 3 in einem geöffneten Zustand dargestellt.
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Die Ventilanordnung 3 umfasst ein elektrisch ansteuerbares bzw. schaltbares, als Magnetventil ausgebildetes, Pilotventil 4 mit einem axial verschiebbar angeordneten Pilotventilkolben 5 und einer mit dem Pilotventilkolben 5 verschließbaren Pilotventilzulaufbohrung 6. Der Pilotventilkolben 5 wirkt also mit der Pilotventilzulaufbohrung 6 zusammen und verschließt oder öffnet die Pilotventilzulaufbohrung 6 in Abhängigkeit von seiner Position. Das Pilotventil 4 weist ferner einen Aktuator 7 auf, der mit dem Pilotventilkolben 5 gekoppelt ist, und der eine Bewegung des Pilotventilkolben 5 induziert.
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Ferner weist die Ventilanordnung 3 ein Hauptventil 8 mit einer fluidisch mit dem Gasgenerator 2 verbundenen Zulaufbohrung 9 auf. Das Hauptventil 8 umfasst ferner ein Hauptventilgehäuse 10 mit einer mit der Zulaufbohrung 9 fluidisch stromabwärts verbundenen axialen Durchgangsbohrung 11 sowie einen in der Durchgangsbohrung 11 axial verschiebbar angeordneten, zylinderförmigen Hauptventilkolben 12. Der Hauptventilkolben 12 teilt die Durchgangsbohrung 11 in eine fluidisch über die Pilotventilzulaufbohrung 6 mit dem Pilotventil 4 verbundene Steuerkammer 13 und eine fluidisch stromabwärts mit der Zulaufbohrung 9 verbundene Vorkammer 14. Das Hauptventil 8 umfasst weiter einen als Kolbenbohrung im Hauptventilkolben 11 ausgebildeten Überströmkanal 15, der die Vorkammer 14 und die Steuerkammer 13 fluidisch miteinander verbindet und in dem eine Kolbensteuerblende 16 angeordnet ist.
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Der Hauptventilkolben 12 weist eine der Steuerkammer 13 zugewandte erste Druckwirkfläche 17 und eine der Vorkammer 14 bzw. der Zulaufbohrung 9 zugewandte zweite Druckwirkfläche 18 auf, wobei die erste Druckwirkfläche 17 größer ist als die zweite Druckwirkfläche 18. Es ergibt sich durch die Flächenverhältnisse dieser Druckwirkflächen 17, 18 des Hauptventilkolbens 12 ein Kräftegleichgewicht, sofern der Airbaggasdruck der Steuerkammer 13 entsprechend geringer ist als der Airbaggasdruck in der Vorkammer 14. Der Hauptventilkolben 12 kann somit spätestens bei einem gleichen Airbaggasdruck in der Steuerkammer 13 und in der Vorkammer 14 schalten, d.h. aktiviert werden und sich in eine erste Betriebsstellung, also die Geschlossenstellung, bewegen.
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Innerhalb des Hauptventilgehäuses 10 zweigt von der Durchgangsbohrung 11 eine Ablaufbohrung 19 ab zum Ablassen des Airbaggases über einen Sammelringspalt 20 zu einem Auslassstutzen 21 in den Airbag. Der Auslassstutzen 21 ist mit dem Airbag verbunden, so dass Airbaggas aus der Ablaufbohrung 19 in den Airbag gelangen kann. Mittels des Airbaggases bzw. des Airbaggasdrucks und abhängig von einer Stellung des Pilotventilkolbens 5 verschließt der Hauptventilkolben 12 in einer ersten Betriebsstellung die Ablaufbohrung 19 und gibt die Ablaufbohrung 19 in einer zweiten Betriebsstellung frei.
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Dazu ist an einem der Zulaufbohrung 9 zugewandten axialen Endabschnitt der die Durchgangsbohrung 11 umgebenden Gehäuseinnenwand 22 des Hauptventilgehäuses 10 eine Ventilsitzfläche 23 für den Hauptventilkolben 12 ausgebildet, um einen Airbaggasstrom von der Zulaufbohrung 9 zu der Durchgangbohrung 11 in der ersten Betriebsstellung des Hauptventilkolbens 12 zu sperren, in der eine Lagerfläche 24 des Hauptventilkolbens 12 dichtend in Kontakt mit der Ventilsitzfläche 23 ist, und in der zweiten Betriebsstellung des Hauptventilkolbens 12 (wie hier dargestellt) freizugeben. Der axiale Endabschnitt der Gehäuseinnenwand 22 des Hauptventilgehäuses 10 bzw. die Ventilsitzfläche 23 verjüngt sich konisch in Richtung zur Zulaufbohrung 9 hin. Der der Zulaufbohrung 9 zugewandte axiale Endabschnitt des Hauptventilkolbens 12 ist näherungsweise kegelstumpfartig ausgebildet, wobei die Mantelfläche des axialen Endabschnitts des Hauptventilkolbens 12 die Lagerfläche 24 bildet und sich in Richtung der Zulaufbohrung 9 hin verjüngt.
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Wie insbesondere in 2, welche in einer Detailansicht den in der Durchgangsbohrung 11 angeordneten Hauptventilkolben 12 des Hauptventils 8 zeigt, gut ersichtlich, ist dabei die Lagerfläche 24 des Hauptventilkolbens 12 mit einem Krümmungsradius R konvex in Richtung der Ventilsitzfläche 23 ausgebildet. Die Lagerfläche 24 ist also konvex nach außen, d.h. in Richtung der Ventilsitzfläche 23, gekrümmt. Der Mittelpunkt M des Krümmungsradius R der Lagerfläche ist radial beabstandet zu einer Mittellängsachse 25 der Hauptventilkolbens 12 angeordnet. Der Mittelpunkt M des Krümmungsradius R der Lagerfläche 24 liegt also nicht auf, sondern neben der Mittellängsachse 25 des Hauptventilkolbens 12. Zudem ist Mittelpunkt M des Krümmungsradius R der Lagerfläche 24 axial beabstandet zu einem Sitzdurchmesser D des in der ersten Betriebsstellung des Hauptventilkolbens 12 in einem dichtenden Kontakt mit der Ventilsitzfläche 23 stehenden axialen Abschnitts der Lagerfläche 24. Der Mittelpunkt M des Krümmungsradius R der Lagerfläche 24 liegt also nicht auf dem Sitzdurchmesser D, sondern axial beabstandet dazu.
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Durch eine derartige Ausgestaltung wird ein definiertes und zuverlässiges Abdichten am Ventilsitz ermöglicht und es ist dabei gleichzeitig auch ein nur geringer Kolbenhub zum Verbringen des Hauptventilkolbens 12 von der ersten in die zweite Betriebsstellung, also in eine Offenstellung, erforderlich, um in der zweiten Betriebsstellung einen ausreichend hohen Massenstrom des Airbaggases in die Durchgangsbohrung 11 zu ermöglichen. Zudem werden Strömungsverluste und -widerstände möglichst gering gehalten und es wird ein möglichst großer Staudruck im Anströmbereich der Kolbensteuerblende 16 erreicht. Es werden so ein definiertes und schnelles Schalten des Hauptventilkolbens 12 bzw. des Hauptventils 8 gewährleistet und folglich ein zuverlässiges und dabei möglichst schnelles und präzises Befüllen des Airbags ermöglicht.
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In 3 ist das Aufprallschutzsystems 1 mit der Ventilanordnung 3 in einem geschlossen Zustand gezeigt. Dabei befindet sich der Hauptventilkolben 12 in der ersten Betriebsstellung, also in der Geschlossenstellung, in der die Lagerfläche 24 des Hauptventilkolbens 12 in dichtendem Kontakt mit der Ventilsitzfläche 23 der Gehäuseinnenwand 22 des Hauptventilgehäuses 10 ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aufprallschutzsystem
- 2
- Gasgenerator
- 3
- Ventilanordnung
- 4
- Pilotventil
- 5
- Pilotventilkolben
- 6
- Pilotventilzulaufbohrung
- 7
- Aktuator
- 8
- Hauptventil
- 9
- Zulaufbohrung
- 10
- Hauptventilgehäuse
- 11
- Durchgangsbohrung
- 12
- Hauptventilkolben
- 13
- Steuerkammer
- 14
- Vorkammer
- 15
- Überströmkanal
- 16
- Kolbensteuerblende
- 17
- erste Druckwirkfläche
- 18
- zweite Druckwirkfläche
- 19
- Ablaufbohrung
- 20
- Sammelringspalt
- 21
- Auslassstutzen
- 22
- Gehäuseinnenwand
- 23
- Ventilsitzfläche
- 24
- Lagerfläche
- 25
- Mittellängsachse
- D
- Sitzdurchmesser
- M
- Mittelpunkt
- R
- Krümmungsradius
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015209019 A1 [0006]
