DE19529793A1 - Mehrfach wiederverwendbares Airbagsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Aufprallschutzsystem für Fahr­ zeuginsassen mit einem Airbag-Gasgenerator, der eine Brenn­ kammer aufweist, in der aufgrund von elektrischen Signalen eines im Fahrzeug vorgesehenen Beschleunigungssensors durch eine exotherme chemische Reaktion eines oder mehrerer Treib­ stoffe unter Druck stehendes Treibgas zum Aufblasen des Luftsackes eines Airbagsystems erzeugt werden kann.

Ein derartiges Aufprallschutzsystem ist beispielsweise in der DE 40 05 871 C2 beschrieben.

Im Falle eines Aufprallunfalls eines Fahrzeugs erzeugen sogenannte Airbag-Gasgeneratoren Gas zum Füllen eines Luftsackes, der dann die Fahrzeuginsassen vor dem Aufprall auf harte Fahrzeuginnenteile wie das Lenkrad schützt. Physikalisch gesehen passiert dabei nichts anderes, als daß der durch den Fahrzeugcrash beschleunigte Insasse durch den relativ weichen Luftsack abgebremst bzw. aufgefangen wird. Dabei strömt Gasmasse durch sogenannte Entlüftungslöcher (Ventholes) aus dem Airbag heraus. Demnach hat der Airbag die Aufgabe, die kinetische Energie des Insassen auf einem kurzen Weg möglichst "weich" abzubauen.

Heutige Airbagkonzepte verwenden meist Gasgeneratoren pyrotechnischer Art. Pyrotechnische Gasgeneratoren funktionieren i.a. derart, daß durch einen Stromimpuls von der einen Fahrzeugcrash erkennenden Sensorik ein Anzünder im Gasgenerator gezündet wird. Diese Anzündung wird durch eine sogenannte Anzündladung, die heiße Partikel erzeugt, verstärkt. Diese heißen Partikel treffen dann auf die Oberfläche des meist in Tablettenform vorliegenden Treibstoffes, der dann selbst zündet und in der sogenannten Brennkammer unter einem hohen Druck abbrennt. Dadurch entsteht das Gas zum Füllen des Luftsackes. Da neben reinem Gas auch noch flüssige bzw. feste Bestandteile bei der Verbrennung entstehen, wird der Gasstrom durch entsprechende Filter in der Filterkammer vor Austritt aus dem Gasgenerator gereinigt.

Wichtig dabei ist, daß es immer zu einem vollständigen Abbrand kommt und daher immer die gleiche Menge Gas erzeugt wird, wenn der Treibstoffabbrand einmal in Gang gesetzt worden ist.

Derartige Airbagsysteme sind aus zahlreichen Veröffent­ lichungen, insbesondere auch aus der Patentliteratur in vielen Variationen bekannt. Neben der eingangs zitierten DE 40 05 871 C2 beschreiben beispielsweise auch die US-PS 4,561,675, die DE-38 24 469 1, die DE-39 14 690 A1, die DE 40 12 893 A1, die DE 41 35 299 A1 oder die DE 42 01 651 A1 Aufprallschutzsysteme dieser Art.

Ein wesentlicher Nachteil derartiger Systeme besteht darin, daß sie nach einmaliger Betätigung nach dem Abbrand des Treibstoffes nicht mehr verwendet werden können und daher als Sondermüll entsorgt werden müssen. Dies führt einerseits zu zusätzlichen Umweltproblemen, andererseits zu erhöhten Kosten für einen Fahrzeughalter, dessen Fahrzeug in einen Unfall verwickelt wurde, bei dem es nicht zu einem Total­ schaden gekommen ist. Außer den üblichen Reparaturkosten am Fahrzeug müssen nach einem solchen Aufprallunfall nämlich sämtliche Airbagsysteme vollständig ausgetauscht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein Aufprallschutzsystem mit den eingangs beschriebenen Merkmalen vorzustellen, das auch nach einer Zündung des Treibstoffes mehrmals wiederverwendbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf ebenso überraschend einfache wie wirkungsvolle Art und Weise dadurch gelöst, daß die Brennkammer aus derart hitzebeständigem Material be­ steht und derartig formstabil aufgebaut ist, daß sie sich bei Ablauf der exothermen chemischen Reaktionen im wesent­ lichen nicht bleibend verformt, und daß eine Vorrichtung zum Nachfüllen von verbrauchtem Treibstoff in die Brennkammer vorgesehen ist.

Nachdem sämtliche bisher bekannten Airbagsysteme, von denen eine große Vielzahl existiert, ausschließlich Einwegsysteme sind, die nach einmaliger Benutzung nicht mehr verwendbar sind, ist davon auszugehen, daß die mit dem erfindungsge­ mäßen Aufprallschutzsystem unbestreitbar erzielbaren Vor­ teile lediglich aufgrund eines Vorurteils der Fachwelt, welches durch die vorliegende Erfindung nunmehr überwunden ist, bislang nicht realisiert wurden.

Durch Verwendung einer Brennkammer, die erfindungsgemäß hitzbeständig und formstabil ist und eine Nachfüllvor­ richtung für verbrauchten Treibstoff aufweist, kann das Auf­ prallschutzsystem im Prinzip beliebig oft wiederverwendet werden. Daher entstehen keine Entsorgungsprobleme mit dem er­ findungsgemäßen Airbagsystem, und es können von vornherein hochwertigere Materialien verwendet werden, weil der mög­ licherweise etwas höhere Preis des Systems durch seine mehr­ fache Wiederverwendbarkeit leicht wettgemacht werden kann.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufprallschutzsystems, bei der die Brennkammer aus Stahl­ blech, vorzugsweise aus Edelstahlblech aufgebaut ist. Bei Verwendung von derartigem Blech mit genügend großer Wand­ stärke bleibt die Brennkammer auch nach heftigen Explosionen des gaserzeugenden Treibstoffes in ihrer ursprünglichen Form. Ein solcher Stahlblech-Behälter kann sich zwar in seiner Festigkeit nicht mit Gußteilen, wie beispielsweise einem Motorblock messen, doch ist auch bei der Brennkammer eines Airbag-Gasgenerators die jeweilige Einsatzdauer ver­ glichen mit der Betriebsdauer eines Motors verschwindend kurz. Dafür hat ein derartiger Stahlblech-Behälter gegenüber einem Gußblock den Vorteil eines wesentlich leichteren Ge­ wichts, einer einfacheren und billigeren Herstellung und einer unproblematischen Nachbearbeitbarkeit.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Treibstoff aus Feststoff-Tabletten mit pyrotechnischen Sub­ stanzen besteht, und daß die Vorrichtung zum Nachfüllen von verbrauchtem Treibstoff ein abnehmbarer und gasdicht wieder­ verschließbarer Brennkammerboden ist. Beispielsweise in der oben bereits zitierten DE 40 12 893 A1 ist ein auf die Brennkammer aufgesetzter Brennkammerboden vorgeschlagen, je­ doch muß er bei der bekannten Einweg-Vorrichtung weder ab­ nehmbar noch gasdicht wiederverschließbar sein. Im Prinzip könnte aber eine derartige bekannte Konstruktion ohne großen technischen Aufwand zu der erfindungsgemäßen Ausführungsform umgebaut bzw. nachgerüstet werden.

Neben der Einweg-Konzeption ist sämtlichen bekannten Airbag­ systemen, wie sie beispielsweise in den oben zitierten Druckschriften beschrieben sind, gemeinsam, daß stets nur Feststoff-Treibstoff, meist in Tablettenform zur Gaser­ zeugung verwendet wird. Demgegenüber zeichnet sich eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufprallschutzsystems dadurch aus, daß der Treibstoff aus einer oder mehreren gasförmigen und/oder flüssigen Sub­ stanzen besteht, und daß die Vorrichtung zum Nachfüllen von verbrauchtem Treibstoff ein Einspritzsystem zum Einspritzen von fluidem Treibstoff aus einem oder mehreren Vorratsbe­ hältern in die Brennkammer umfaßt. Mit einem solchen fluiden Treibstoff ergeben sich, was aus dem folgendem klar wird, ganz neue Betriebsmöglichkeiten des Airbag-Gasgenerators, die mit den bisher bekannten Systemen nicht realisiert wer­ den können.

Treibstoff-Einspritzsysteme als solche werden bereits seit längerer Zeit im Bereich der Motorentechnik eingesetzt und sind als solche an sich bekannt. Beispielshalber sei an dieser Stelle auf die technischen Berichte (5) 1975, 1, Seiten 7-18 der Firma BOSCH verwiesen, wo die bekannte L-Jetronik, ein elektronisches Benzineinspritzsystem mit Luftmengenmessung vorgestellt wird. Eine Übertragung dieser bekannten Treibstoff-Einspritztechniken auf Airbag-Gas­ generatoren hat vor dem Zeitpunkt der Entstehung der vor­ liegenden Erfindung weltweit noch niemand vorgenommen.

Ein Hauptvorteil der Verwendung von fluidem Treibstoff und der Zuführung in die Brennkammer eines Airbag-Gasgenerators mittels eines Einspritzsystems liegt darin, daß der Treib­ stoff kontinuierlich und je nach momentanem Bedarf zudosiert werden kann, während bei den bekannten Systemen immer die gleiche Menge an Treibstoff vollständig abgebrannt wird und damit immer die gleiche Menge an Treibgas erzeugt wird, wie oben bereits erwähnt.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorge­ sehen, daß der Treibstoff aus mindestens zwei in getrennten Vorratsbehältern aufbewahrten Komponenten besteht, die beim Einspritzen in die Brennkammer miteinander vermischt werden und exotherm chemisch miteinander reagieren. Bei geeigneter Wahl der Treibstoffkomponenten kann dabei möglicherweise auf ein Zündsystem ganz verzichtet werden, wenn die beiden Kom­ ponenten bereits bei Zimmertemperatur exotherm miteinander reagieren.

Alternativ ist bei einer anderen Weiterbildung der einge­ spritzte Treibstoff ein einkomponentiges homogenes Fluid. Dies hat den Vorteil einer einfacheren Bauweise des er­ findungsgemäßen Aufprallschutzsystemes, da lediglich eine Komponente mit einem einzigen Vorratsbehälter, einem einzigen Zuleitungsrohr und einer einzigen Einspritzdüse er­ forderlich ist.

Falls nötig, kann in der Brennkammer des erfindungsgemäßen Aufprallschutzsystems eine Zündvorrichtung zur Zündung des eingespritzten Treibstoffes vorgesehen sein, die aufgrund von elektrischen Signalen des Beschleunigungssensors Zünd­ energie an den Treibstoff abgibt. Anzünder sind an sich auch bei allen bisher bekannten Airbag-Gasgeneratoren in Ver­ wendung, wo sie allerdings nicht zur Zündung von einge­ spritztem Treibstoff, sondern zur Zündung des üblicherweise verwendeten Festkörper-Treibstoffes dienen und in der Regel ganz anders aufgebaut sind. In Verbindung mit der Ein­ spritzung ergeben sich allerdings nunmehr ganz andere Mög­ lichkeiten der Variation, beispielsweise eine mehrfach auf­ einanderfolgende stoßweise Einspritzung einer bestimmten, kleineren Menge, die dann jeweils mit der Zündvorrichtung zur chemischen Reaktion und zur Treibgaserzeugung aktiviert werden kann.

Vorzugsweise werden ihrer Konstruktion nach aus anderen technischen Gebieten (Motorenbau) an sich bekannte Zündvorrichtungen eingesetzt, die einen Zündfunken erzeugen, wobei in der Regel elektrische Energie aus einer Batterie oder einem Stromgenerator der Zündvorrichtung zugeführt wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist in der Brennkammer eine erste fluide Treibstoffkomponente eingefüllt, und es kann mindestens eine exotherm chemisch mit der ersten reagierende weitere Treibstoffkomponente in die Brennkammer eingespritzt werden. Dadurch kann insbesondere auch ohne Zündvorrichtung die Gaserzeugungsreaktion definiert in Gang gebracht werden, wobei die zu erzeugende Gasmenge durch die Menge der aktuell eingespritzten Treibstoffkomponente je­ weils unterschiedlich festgelegt werden kann. Im Gegensatz zu der oben erwähnten Ausführungsform mit zwei unterschied­ lichen eingespritzten Treibstoffkomponenten hat die vor­ liegende Ausführungsform den Vorteil, daß lediglich ein einziges Einspritzsystem erforderlich ist.

Konkret kann bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Aufprallschutzsystems das Einspritzsystem mindestens eine in die Brennkammer ragende Einspritzdüse sowie mindestens ein Druckerzeugungssystem umfassen, mit dem der fluide Treib­ stoff aus dem Vorratsbehälter unter Druck gesetzt und der Einspritzdüse zur Einspritzung in die Brennkammer zugeführt werden kann. Ähnliche technische Lösungen sind an sich aus dem fernliegenden Bereich des Einspritz-Motorenbaus bekannt (siehe oben).

Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform ist dadurch ge­ kennzeichnet daß, das Druckerzeugungssystem einen Antriebs­ magneten umfaßt, der aufgrund von zugeführten Stromimpulsen ein Magnetfeld aufbauen und damit einen federbelasteten An­ triebskolben in Richtung auf einen federbelasteten Förder­ kolben beschleunigen kann, wodurch der Förderkolben in Be­ wegung gesetzt wird und den über ein elektrisch ansteuer­ bares Zulaufventil aus dem Vorratsbehälter in eine Druck­ leitung strömenden fluiden Treibstoff unter Druck setzt, so daß er durch die Einspritzdüse in die Brennkammer einge­ spritzt wird. Daneben sind aber auch beliebig viele andere technische Lösungen für geeignete Einspritzsysteme im Zu­ sammenhang mit dem erfindungsgemäßen Aufprallschutzsystem denkbar.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Einspritzsystem elektrisch ansteuerbar ist. Während bei­ spielsweise im Dieselmotoren-Bereich, aber auch bei den frühen Benzin-Einspritzmotoren die Einspritzpumpen mech­ anisch mit der Kurbelwelle verbunden waren, ist es bei einem Aufprallschutzsystem ohne Zweifel wünschenswert, wenn die Ansteuerung elektrisch erfolgt. Dadurch ist es auch möglich, den Beschleunigungssensor, der ein Aufblasen des Airbags initiieren soll, an jeder beliebigen Stelle des Fahrzeugs, die dem jeweiligen Fahrzeugkonstrukteur am geeignetsten er­ scheint, zu positionieren, was bei einer mechanischen Aus­ lösung nicht ohne weiteres möglich wäre.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung dieser Aus­ führungsform, bei der eine elektronische Steuereinheit vor­ gesehen ist, mit der sowohl aufgrund der elektrischen Signale des Beschleunigungssensors der Einspritzstart des Einspritzsystems angesteuert als auch aufgrund der Ein­ spritzdauer und des Einspritzdruckes und/oder aufgrund des intermittierenden Startens einer Anzahl von hintereinander­ folgenden kurzen Einspritzvorgängen die erzeugte Treibgas­ menge geregelt werden kann. Damit kann der Hauptvorteil der Verwendung eines eingespritzten fluiden Treibstoffs, nämlich eine feinfühlige Anpassung des Gaserzeugungsvorgangs an unterschiedliche aktuelle Erfordernisse besonders gut ausge­ nutzt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß weitere Sensorelemente im Fahrzeug vorgesehen sind, die zur Erfassung solcher Parameter geeignet sind, die die in­ dividuelle kinetische Energie des Fahrzeuginsassen be­ stimmen, und daß die weiteren Sensorelemente elektrische Signale, die diese Parameter repräsentieren, an die Steuer­ einheit zur kontinuierlichen Einstellung der zu erzeugenden Gasmenge, des Aufblasdruckes und der Aufblasgeschwindigkeit des Luftsackes übergeben. Damit kann einerseits ein opti­ maler Schutz des vor dem Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen gewährleistet und andererseits eine Verletzung desselben vermieden werden.

Durch die Sensorelemente läßt sich der vor dem Airbag sitzende Fahrzeuginsasse für die Steuerelektronik sehr gut charakterisieren, so daß ein optimaler Schutz des Fahrzeug­ insassen dadurch gewährleistet ist, daß die Leistung des Airbagsystems auf den vor dem Airbag sitzenden Fahrzeugin­ sassen abgestimmt ist. Das Airbagsystem ist derart steuer­ bar, daß stets die für den Fahrzeuginsassen notwendige Auf­ fangwirkung exakt erzielt wird. Vorteilhafterweise werden Steuersignale von den Sensorelementen zum Steuern von Zünd­ vorgängen und/oder dem Starten einer gaserzeugenden Reaktion genutzt. Die Gaserzeugung erfolgt intermittierend und ist damit weitgehend variabel gestaltet. Die für den Füllvorgang des Luftsackes erzeugte Gasmenge ist in weiten Grenzen vor­ gebbar und hängt im wesentlichen von der Anzahl der Zündvor­ gänge ab. Dadurch können unterschiedliche Füllgrade des Luftsackes erzeugt werden, und die Auffangwirkung kann somit mit Hilfe der Sensorelemente auf die kinetische Energie des vor dem Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen abgestimmt werden.

Weiterhin kann der Zeitverlauf der Gaserzeugung in einem weiten Bereich durch entsprechende Steuersignale variiert werden. Dies trägt ebenfalls dazu bei, die Auffangwirkung optimal auf die momentane kinetische Energie des Fahrzeugin­ sassen einzustellen.

Die Steuereinheit regelt die Gasmenge, die Aufblasge­ schwindigkeit und den Aufblasdruck und stimmt diese Größen, die das Aufblasverhalten des Luftsackes bestimmen, gezielt auf den durch die erfaßten Parameter charakterisierten Fahr­ zeuginsassen ab.

Da die aufzufangende kinetische Energie des Fahrzeuginsassen entscheidend von dem Gewicht des Fahrzeuginsassen abhängt, ist es besonders bevorzugt, wenn das Gewicht des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeugin­ sassen durch Sensorelemente erfaßt wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Sitzposition des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahr­ zeuginsassen durch Sensorelemente erfaßt. Die Erfassung der Sitzposition trägt zu einer weiteren Optimierung des Ver­ fahrens bei, da erfaßt werden kann, ob der Fahrzeuginsasse beispielsweise auf der Vorderkante des Fahrzeugsitzes oder vorgebeugt oder zurückgelehnt auf dem Fahrzeugsitz sitzt oder die Rückenlehne nach hinten umgeklappt hat. Die Er­ fassung dieser Parameter könnte beispielsweise durch im Sitzpolster angebrachte Druckfühler realisiert werden.

Bei einer anderen Ausführungsform wird durch die Sensor­ elemente erfaßt, ob der Sicherheitsgurt von dem vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen angelegt ist. Aufgrund dieser Information kann die Steuer­ einheit den Luftsack derart aufblasen, daß die Sicherheit des Fahrzeuginsassen trotz nichtangelegten Sicherheitsgurtes durch den Airbag zumindest teilweise kompensiert und gewähr­ leistet werden kann.

Wenn die Stellung des Sitzes des vor und/oder neben dem ent­ sprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen durch die Sensorelemente erfaßt wird, kann die Größe des Luftsackes auf die Distanz zu den vor dem Airbag sitzenden Fahrzeugin­ sassen gezielt eingestellt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Kopfhöhe des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeug­ insassen durch die Sensorelemente erfaßt. Die Erfassung der Kopfhöhe könnte beispielsweise durch Sensoren, die in der Nackenstütze als Druckfühler ausgebildet sind, durchgeführt werden. Es wäre aber ebenso denkbar, präzisere Meßtechniken, wie beispielsweise Laser- oder Lichtschranken, einzusetzen.

Bei einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wird die voraussichtliche Auftreffposition und Auftreffgeschwindig­ keit des Kopfes des vor dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen nach Erfassung der Parameter, die die in­ dividuelle kinetische Energie des Fahrzeuginsassen be­ stimmen, berechnet. Durch die Sensorelemente wird der Fahr­ zeuginsasse, der vor dem Airbag sitzt, hinsichtlich seiner Körperhaltung überwacht und vermessen, so daß erreicht wer­ den kann, daß der Kopf bei einem Unfall des Fahrzeugs stets die für einen Schutz optimale Auftreffstelle des Luftsackes trifft.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale er­ findungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als ab­ schließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines teilweise aufgeschnittenen Airbag-Gasgenerators mit abnehmbarem und gasdicht wiederverschließbarem Brennkammerboden und Feststoff-Tabletten als Treibstoff;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufprallschutzsystems mit einer eingespritzten Fluidkomponente und einer Zündvorrichtung; und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform mit zwei getrennt ein­ spritzten Treibstoffkomponenten.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufprallschutzsystems dargestellt, die einen im wesentlich herkömmlich aufgebauten Gasgenerator 1 enthält, bei dem innerhalb eines Gasgeneratorgehäuses 2 eine Brennkammer 3 gebildet ist, in der eine Treibladung für die Erzeugung von Treibgas zum Aufblasen des in der Figur nicht dargestellten Luftsackes eines Airbags enthalten ist. Die Treibladung liegt in Form von in loser Schüttung eingefüllten Feststoff-Tabletten 4 vor.

Zur Zündung der Treibladung ist seitlich eine Anzündvor­ richtung 5 in das Gasgeneratorgehäuse 2 eingesetzt, die in die Brennkammer 3 hineinragt. Zur Abfilterung der bei der Verbrennung der Treibladung entstehenden Rauch- und Fest­ stoffpartikel ist ein Filter 6 vorgesehen, das beispiels­ weise aus Stahlwolle bestehen kann und axialen Druck in Richtung der Gehäuseachse a auf die Treibladungspackung aus­ übt.

Zur Erzeugung von radialem Druck auf die Feststoff-Tabletten 4 der Treibladung ist eine dünnwandige Federplatte 7 einge­ setzt, die zylindrisch um die Achse a herum gerollt ist. In ihren Randbereichen hat die Federplatte 7 jeweils Kontakt mit den die Innenseite der Brennkammer 3 bildenden Teilen des Gasgeneratorgehäuses 2. Dazwischen weist die Federplatte 7 eine radiale Einschnürung auf, so daß sie in ihren mittleren Bereichen zum Inneren der Brennkammer 3 hin aus­ baucht.

Beim Verschließen der Brennkammer 3 mit Hilfe des in Fig. 1 gezeigten Brennkammerbodens 8, der ebenfalls eine Filter­ schicht 6 aus Stahlwolle oder Drahtgestrick enthalten kann, werden die Randbereiche der Filterplatte 7 durch am Brennkammerboden 8 vorgesehene Randabsätze oder Vorsprünge 10 in Richtung der Achse a gedrückt, wodurch die Federplatte 7 in ihrem mittleren Bereichen weiter nach innen ausbaucht, so daß der Zylinderdurchmesser der Abschnürung dort noch kleiner wird. Dadurch werden die Feststoff-Tabletten 4 all­ seitig, insbesondere auch radial dicht zusammengepackt, wo­ durch eine Rasseln der Tabletten beim Schütteln des Gas­ generators im Einsatzfall in einem bewegten Fahrzeug ver­ mieden wird.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Gasgenerator 1 sym­ metrisch aufgebaut und weist zwei Brennkammerböden 8 auf, die sich in Richtung der Achse a beidseitig an die Brenn­ kammer 3 anschließen. Abgesehen von Gasaustrittsdüsen 9, durch die das erzeugte Treibgas in den in der Zeichnung nicht dargestellten Luftsack eines Airbags geleitet wird, schließen die Brennkammerböden 8 die Brennkammer 3 nach außen hin dicht ab.

Der in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Gasgenerator 1 unterscheidet sich von bekannten Gasgeneratoren dadurch, daß die Brennkammer 3 aus derart hitzbeständigem Material be­ steht, daß sich sich bei Ablauf der exothermen chemischen Reaktion nach Entzünden der Feststoff-Tabletten 4 nicht bleibend verformt, und daß der Brennkammerboden 8 abnehmbar und gasdicht wiederverschließbar ist, so daß nach Abbrand einer Treibladung neue Feststoff-Tabletten 4 in die Brenn­ kammer 3 nachgefüllt werden können. Vorzugsweise besteht das Gasgeneratorgehäuse 2, insbesondere die die Brennkammer 3 bildenden Wandteile aus Stahlblech, vorzugsweise aus Edel­ stahlblech, während bekannte Gasgeneratorgehäuse üblicher­ weise aus Aluminiumblech aufgebaut sind.

Einen vom bisher Bekannten völlig abweichenden Aufbau be­ sitzen die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Aufprall­ schutzsystems nach den Fig. 2 und 3. Dort besteht der ver­ wendete Treibstoff jeweils aus einer oder mehreren gas­ förmigen und/oder flüssigen Substanzen, und die Vorrichtung zum Nachfüllen von verbrauchtem Treibstoff umfaßt mindestens ein Einspritzsystem zum Einspritzen des fluiden Treibstoffs in die Brennkammer des Gaserzeugungsgenerators.

In Fig. 2 ist schematisch die Funktionsweise einer Aus­ führungsform gezeigt, bei der über eine Einspritzdüse 21 ein fluider Treibstoff 24 aus einem Vorratsbehälter 26 in die von einem entsprechend formstabil aufgebauten Gasgenerator­ gehäuse 22 gebildete Brennkammer 23 eingespritzt wird. In die Brennkammer 23 ragt außerdem eine Zündvorrichtung 25, die den eingespritzten fluiden Treibstoff 24 entzündet, so daß dieser in der Brennkammer 23 eine exotherme chemische Reaktion eingeht, durch welche Treibgas in der gewünschten Menge erzeugt wird, das über Gasaustrittsöffnungen 29 in einen Luftsack 11 getrieben wird, um diesen entsprechend den jeweiligen Anforderungen aufzublasen.

Diese Anforderungen werden über eine Reihe von im Fahrzeug eingebauten Sensorelementen 12 bestimmt, von denen eines in jedem Falle ein Beschleunigungssensor sein wird, während die anderen beispielsweise das Gewicht des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen, dessen Sitzposition, die Stellung seines Sitzes, seine Kopfhöhe und die Information, ob er seinen Sicherheitsgurt vorschrifts­ mäßig angelegt hat oder nicht, erfassen und an eine Steuer­ einheit 13 weitergeben. Die Steuereinheit 13 verarbeitet die Signale aus den Sensorelementen 12 und bestimmt die indivi­ duelle kinetische Energie des Fahrzeuginsassen sowie die voraussichtliche Auftreffposition und Auftreffgeschwindig­ keit seines Kopfes beim Auftreffen auf den Airbag. Daraus leitet sie entsprechende Sollwerte für die Treibgaserzeugung im Airbag-Gasgenerator ab, die insbesondere die Einspritz­ dauer und den Einspritzdruck und/oder ein intermittierendes Starten einer Anzahl von hintereinanderfolgenden kurzen Ein­ spritzvorgängen betreffen, so daß die individuelle, im vor­ liegenden Einzelfall jeweils erforderliche Treibgasmenge quasi-kontinuierlich erzeugt und der richtige Aufblasdruck und die entsprechende Aufblasgeschwindigkeit des Luftsackes 11 sichergestellt werden.

Dementsprechend gibt die Steuereinheit 13 elektrische Steuersignale an die Zündvorrichtung 25, an ein Zulaufventil 14, das zwischen dem Vorratsbehälter 26 für den fluiden Treibstoff 24 und die Einspritzdüse 21 geschaltet ist, sowie an einen Antriebsmagneten 15. Der Antriebsmagnet 15 baut aufgrund der Steuersignale aus der Steuereinheit 13 ein Magnetfeld auf, welches einen federbelasteten Antriebskolben 16 in Richtung auf einen Förderkolben 17 beschleunigt, der ebenfalls mit einer Feder vorgespannt ist. Nachdem der An­ triebskolben 16 auf den Förderkolben 17 aufgeschlagen ist, setzt der letztere den in einer Druckleitung 18 nach Öffnung des Zulaufventils 14 aufgrund eines entsprechenden Steuer­ signals aus der Steuereinheit 13 vorliegenden fluiden Treib­ stoff 24 unter Druck. Dadurch wird der Treibstoff 24 durch die Einspritzdüse 21 in die Brennkammer 23 eingespritzt. Aufgrund eines entsprechend getimten Steuersignals an die Zündvorrichtung 25 erzeugt diese im richtigen Moment einen Zündfunken, der den fluiden Treibstoff 24 zu einer ex­ plosionsartigen chemischen Reaktion veranlaßt, mit welcher das erforderliche Treibgas erzeugt wird.

Fig. 3 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der eine Zündvorrichtung nicht erforderlich ist, weil gleichzeitig zwei miteinander exotherm chemisch reagierende fluide Treibstoffe 34 und 34′ aus entsprechenden Vorratsbe­ hältern 36, 36′ über Einspritzdüsen 31, 31′ in die Brenn­ kammer 33 eingespritzt werden, wobei die chemische Reaktion auch ohne Zufuhr von Zündenergie einfach durch Vermischen der beiden Reaktanten in Gang gesetzt wird.

Die Steuerung der beiden Einspritzvorgänge wird durch eine Steuervorrichtung 13′ aufgrund von Signalen der Sensor­ elemente 12 initiiert, wobei die Steuervorrichtung 13′ ent­ sprechende Steuerimpulse an die beiden Antriebsmagneten 35, 35′ sowie an die beiden Zulaufventile 37, 37′ zum Steuern der Einspritzvorgänge und damit der gaserzeugenden Reaktion abgibt.

Bei einer in der Zeichnung nicht dargestellten Aus­ führungsform kann in der Brennkammer des Gaserzeugungs­ generators auch eine erste fluide Treibstoffkomponente be­ reits eingefüllt sein, während eine oder mehrere Treibstoff­ komponenten, die mit der ersten Treibstoffkomponente exotherm chemisch reagieren, zur Erzeugung von Treibgas in die Brennkammer eingespritzt werden. Durch die Steuerung der entsprechenden Einspritzmengen kann dann ebenfalls die Menge des jeweils zu erzeugenden Treibgases gesteuert werden.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Einspritz- Aufblasvorrichtung liegt darin, daß die Treibgaserzeugung intermittierend erfolgt und damit weitgehend variabel ge­ staltet werden kann. Die für den Füllvorgang des Luftsackes erzeugte Treibgasmenge ist in weiten Grenzen frei wählbar und hängt im wesentlichen von der Anzahl der Einspritzvor­ gänge ab. Dadurch können unterschiedliche Füllgrade des Luftkissens erzeugt werden, so daß die Auffangwirkung indivi­ duell fein auf die jeweils tatsächliche kinetische Energie des zu schützenden Fahrzeuginsassen abgestimmt werden kann. Der Zeitverlauf der Gaserzeugungsreaktion kann in weiten Be­ reichen durch entsprechende Steuersignale variiert werden. Auf diese Weise ist es einerseits möglich, die normalerweise auftretende Problematik eines nicht-zentral auf den Luftsack auftretenden Insassenkopfes zu entschärfen, andererseits kann die Auffang- und Abbremswirkung des Airbags jeweils optimal auf die momentane kinetische Energie des jeweiligen Fahr­ zeuginsassen eingestellt werden.

Auch im Hinblick auf die Wiederverwendbarkeit des er­ findungsgemäßen Aufprallschutzsystems haben die Ausführungs­ formen mit Einspritzsystemen Vorteile gegenüber den Aus­ führungsformen mit Festkörperbrennstoffen, da zur Wiederbe­ füllung lediglich die entsprechenden Vorratsbehälter aufge­ füllt werden müssen und die Brennkammer hermetisch ver­ schlossen bleiben kann.

Claims (20)

1. Aufprallschutzsystem für Fahrzeuginsassen mit einem Airbag-Gasgenerator (1), der eine Brennkammer (3; 23; 33) aufweist, in der aufgrund von elektrischen Signalen eines im Fahrzeug vorgesehenen Be­ schleunigungssensors durch eine exotherme chemische Reaktion eines oder mehrerer Treibstoffe unter Druck stehendes Treibgas zum Aufblasen des Luftsackes (11) eines Airbagsystems erzeugt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (3; 23; 33) aus derart hitzebe­ ständigem Material besteht und derartig formstabil aufgebaut ist, daß sie sich bei Ablauf der exothermen chemischen Reaktionen im wesentlichen nicht bleibend verformt, und daß eine Vorrichtung zum Nachfüllen von verbrauchtem Treibstoff (4; 24; 34, 34′) in die Brenn­ kammer (3; 23; 33) vorgesehen ist.

2. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Brennkammer (3; 23; 33) aus Stahl­ blech, vorzugsweise aus Edelstahlblech aufgebaut ist.

3. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoff aus Feststoff­ tabletten (4) mit pyrotechnischen Substanzen besteht, und daß die Vorrichtung zum Nachfüllen von verbrauch­ tem Treibstoff ein abnehmbarer und gasdicht wiederver­ schließbarer Brennkammerboden (8) ist.

4. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoff (24; 34, 34′) aus einer oder mehreren gasförmigen und/oder flüssigen Substanzen besteht, und daß die Vorrichtung zum Nach­ füllen von verbrauchtem Treibstoff (24; 34, 34′) ein Einspritzsystem zum Einspritzen von fluidem Treibstoff aus einem oder mehreren Vorratsbehältern (26; 36, 36′) in die Brennkammer (23; 33) umfaßt.

5. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Treibstoff aus mindestens zwei in getrennten Vorratsbehältern (36, 36′) aufbewahrten Komponenten (34, 34′) besteht, die beim Einspritzen in die Brennkammer (33) miteinander vermischt werden und exotherm chemisch miteinander reagieren.

6. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eingespritzte Treibstoff (24) ein einkomponentiges homogenes Fluid ist.

7. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer (23) eine Zündvorrichtung (25) zur Zündung des einge­ spritzten Treibstoffes (24) vorgesehen ist, die auf­ grund von elektrischen Signalen des Beschleunigungs­ sensors Zündenergie an den Treibstoff (24) abgibt.

8. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zündvorrichtung (25) einen Zünd­ funken erzeugen kann, wobei vorzugsweise elektrische Energie aus einer Batterie oder einem Stromgenerator zugeführt wird.

9. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer (23; 33) eine erste fluide Treibstoffkomponente (24; 34, 34′) eingefüllt ist, und daß mindestens eine exotherm chemisch mit der ersten reagierende weitere Treib­ stoffkomponente (24; 34, 34′) in die Brennkammer (23; 33) eingespritzt werden kann.

10. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzsystem minde­ stens eine in die Brennkammer (23; 33) ragende Ein­ spritzdüse (21; 31, 31′) sowie mindestens ein Drucker­ zeugungssystem umfaßt, mit dem der fluide Treibstoff (24; 34, 34′) aus dem Vorratsbehälter (26; 36, 36′) unter Druck gesetzt und der Einspritzdüse (21; 31, 31′) zur Einspritzung in die Brennkammer (23; 33) zu­ geführt werden kann.

11. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckerzeugungssystem einen Antriebsmagneten (15; 35, 35′) umfaßt, der aufgrund von zugeführten Stromimpulsen ein Magnetfeld aufbauen und damit einen federbelasteten Antriebskolben (16) in Richtung auf einen federbelasteten Förderkolben (17) beschleunigen kann, wodurch der Förderkolben (17) in Bewegung gesetzt wird und den über ein elektrisch an­ steuerbares Zulaufventil (14; 37, 37′) aus dem Vor­ ratsbehälter (26; 36, 36′) in eine Druckleitung (18) strömenden fluiden Treibstoff (24; 34, 34′) unter Druck setzt, so daß er durch die Einspritzdüse (21; 31, 31′) in die Brennkammer (23; 33) eingespritzt wird.

12. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzsystem elektrisch ansteuerbar ist.

13. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine elektronische Steuereinheit (13; 13′) vorgesehen ist, mit der sowohl aufgrund der elek­ trischen Signale des Beschleunigungssensors (12) der Einspritzstart des Einspritzsystems angesteuert als auch aufgrund der Einspritzdauer und des Einspritz­ druckes und/oder aufgrund des intermittierenden Startens einer Anzahl von hintereinanderfolgenden kur­ zen Einspritzvorgängen die erzeugte Treibgasmenge ge­ regelt werden kann.

14. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß weitere Sensorelemente (12) im Fahrzeug vorgesehen sind, die zur Erfassung solcher Parameter geeignet sind, die die individuelle kinetische Energie des Fahrzeuginsassen bestimmen, und daß die weiteren Sensorelemente (12) elektrische Signale, die diese Parameter repräsentieren, an die Steuereinheit (13; 13′) zur kontinuierlichen Einstellung der zu erzeugenden Gasmenge, des Aufblasdruckes und der Aufblasgeschwindigkeit des Luftsackes übergeben.

15. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Sensorelemente (12) zur Erfassung des Gewichts des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen vorgesehen sind.

16. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß Sensorelemente (12) zur Erfassung der Sitzposition des vor und/oder neben dem ent­ sprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen vorge­ sehen sind.

17. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Sensorelemente (12) vorgesehen sind, die erfassen, ob der Sicherheitsgurt von dem vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen angelegt ist.

18. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß Sensorelemente (12) zur Erfassung der Stellung des Sitzes des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen vorgesehen sind.

19. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Sensorelemente (12) zur Erfassung der Kopfhöhe des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen vorgesehen sind.

20. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (13; 13′) derart ausgebildet ist, daß die voraussichtliche Auftreffposition und Auftreffgeschwindigkeit des Kopfes des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen nach Erfassung der Parameter, die die individuelle kinetische Energie des Fahrzeuginsassen bestimmen, durch die Steuereinheit (13; 13′) berechenbar sind.