DE2008225A1

DE2008225A1 - Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE2008225A1
Application number: DE19702008225
Authority: DE
Inventors: David P. Detroit Mich. Haas (V.St.A.)
Original assignee: Eaton YaIe & Towne, Inc., Cleveland, Ohio (V.St.A.)
Priority date: 1969-02-25
Filing date: 1970-02-21
Publication date: 1970-09-10
Also published as: US3624810A; SE367793B; CA950000A; JPS4831206B1; GB1297032A; FR2032385A1

Description

Eaton YaIe & Iowne Inc., 100 Erieview Plaza, Cleveland, Ohio,

USA

"Sicherheitseinrichtung für !Fahrzeuge"

Die Erfindung richtet sich auf eine Sicherheitseinrichtung für den Schutz von Insassen eines Fahrzeuges bei einem Unfall, näher bezeichnet auf eine Sicherheitseinrichtung, welche die Bewegung eines Fahrzeuginsassen bei einem Unfall abbremst bzw. verlangsamt.

Eine bekannte Sicherheitseinrichtung dieser Art weist einen fließfähigen Vorrat auf, der aktiviert wird, um ein ausdehnungsfähiges Gebilde beim Auftreten eines Unfalles zu expandieren. Hiermit sind Probleme verbunden, die daher rühren, daß die bekannte Sicherheitseinrichtung einen relativ großen Umfang und ein großes Gewicht für den Fließmittelvorrat benötigt, um eine ausreichende Menge von Fließmedium zur Ausdehnung des Gebildes zur Verfügung zu haben. Diese Größen- und Gewichtsprobleme sind besonders akut, wenn die Sicherheitseinrichtung zum Schutz des Fahrers eines Fahrzeuges mittels Anbringung des Fließreservotrs und expansionfähigen Gebildes am Lenkrad und Armaturenbrett des Fahrzeuges angebracht werden soll.

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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Lösung, welche eine besonders kompakte und leichte Ausführung zur Montage derselben an den vorbezeichneten Stellen ermöglicht.

Bei einer Sicherheitseinrichtung der vorstehend bezeichneten Art wird dies gemäß der Erfindung durch ein Gebilde erreicht, das aus einem zusammengezogenen Zustand in einen expandierten Zustand durch Detonation einer Explosivladung verbracht werden kann, wobei Mittel vorwärts getrieben werden, die bei ihrer Bewegung durch die Detonation eine Expansion des Gebildes bewirken.

Hierbei ist es besonders vorteilhaft, den Fließdruck in einem Raum, in dem das Gebilde angeordnet ist, im wesentlichen konstant zu halten.

Hierzu kann man Mittel vorsehen, mittels welcher Luft aus dem Passagierraum des Fahrzeuges in das Gebilde bei dessen Expansion fließen kann.

Das Gebilde selbst kann aus einem verformbaren, selbsttragenden Material zur Aufnahme eines beträchtlichen Teils der Enei^gie beim Aufprall des Fahrzeuginsassen auf das expandierte Gebilde bestehen.

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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind nachstellend anhand der Zeichnung "beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in

Pig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugteile mit einer Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung,

Pig. 2 einen schematischen Schnitt im Tergrößerten Maßstab der Sicherheitseinrichtung gemäß Pig«, 1 im zusammengezogenen Zustand,

Fig. 3 die Einrichtung gemäß Pig. 2 im expandierten Zustand, und in

fig. 4 eine etwas abgeänderte Ausführungsform der Sicherheits vorrichtung gemäß der Erfindung, montiert am Lenkrad eines Fahrzeuges.

Die Sicherheitseinrichtung weist als wesentliches Element ein Gebilde auf, das durch Auswärtsschießen eines Teils des Gebildes unter dem Einfluß einer Explosivladung ballistisch expandierbar ist. Zur Verringerung des Geräusches und der Druckänderungen im Passagierraum infolge der Detonation der Explosivladung und der Expansion des Gebildes wird Luft aus dem Passagierraum in das Gebilde bei dessen Expansion gezogen.

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Sicherheitseinrichtungen gemäß der Erfindung können in verschiedenen Fahrzeugarten, wie Plugzeugen, Automobilen, Traktoren, Lastwagen und Booten,verwendet werden. Die in der Zeichnung wiedergegebene Ausführungsform zeigt eine Sicherheitseinrichtung 10, die in ein Kraftfahrzeug 12 eingebaut ist. Die Sicherheitseinrichtung 10 weist ein Sicherheitsgerät 14 auf, das an vielen verschiedenen Stellen des Fahrzeuges anbringbar ist, z. B. an der Rückseite eines Sitzes 15 oder an einem Lenkrad ( Fig. 4)· Bei dem in den Fig. 1 bis 3 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist das Sicherheitsgerät 14 am Armaturenbrett 16 eines Passagierraumes 18 des Fahrzeuges 12 zum Schutz eines Insassen 22 des Fahrzeuges bei einem Unfall angebracht. Ein Sensorgerät 26 ist zur Anzeige des Auftretens eines Unfalls und Aktivierung des Sicherheitsgerätes 14 vorgesehen. Dementsprechend ist das Sensorgerät 26 betätigungswirksam mit dem Sicherheitsgerät 14 durch eine elektrische Schaltung 28 verbunden, welche elektrische Leitungen 30 und 32 und eine Batterie 34 einschließt.

Das Sicherheitsgerät 14 schützt den Insassen 22 bei einem Unfall durch Abbremsung der Vorwärtsbewegung des Inaassen. Zu diesem Ziel weist das Sicherheitsgerät 14 ein expansionsfähiges Gebilde 38 auf, das aus einem zusammengezogenen Zustand gemäß den Fig. 1 und 2 in einen expandierten Zustand gemäß den strichpunktierten Linien in Fig. 1 und 2 und den durchgehenden Linien in Fig. 3 expandierfcar ist. Ein ge-

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eigneter Puffer 42 ist an dem Gebilde 38 für den Kontakt mit dem Körper des Insassen 22 bei der Expansion des Gebildes vorgesehen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung bildet der Puffer 42 vorzugsweise eine Außenfläche des Armaturenbrettes, wenn das Gebilde 38 in zusammengezogenem Zustand gemäß den Fig. 1 und 2 ist. Es sei jedoch bemerkt, daß in bestimmten Fällen der Puffer 42 auch fehlen kann.

Ferner versteht es sich, dass das Siclierheitsgerät 14 an dem Sitz 15 in solcher Weise angeordnet sein kann, daß es eine Kopfstütze für den Insassen 22 im expandierten Zustand des Gebildes bildet.

Eine kompakte und leichte Betätigungseinrichtung 46 ist zur ballistischen Expansion des Gebildes 38 in Abhängigkeit von einem Ansprechen des Sensorgerätes 26 beim Auftreten eines Unfalles vorgesehen. Zur Bewirkung der ballistischen Expansion des Gebildes 38 weist das Betätigungsgerät 46 Explosivmittel bzw. eine Geschoßhülle 50 mit einer Explosivladung 52 auf. Bei der Detonation der Explosivladung 52 durch über die Leitungen 30 und 32 zugeführte elektrische Energie wird eine leichte Antriebseinheit 56 aus der Normalstellung gemäß Fig. in die Betätigungsstellung gemäß Fig. 3 unter dem Einfluß der Explosivladung nach außen geschossen. Hierzu weist die Geschoßhülle 50 ein zylindrisches Gehäuse 60 mit einer Bohrung 62 auf, in welcher ein Kolben oder Körper 64 der Antriebseinheit 56 gleitbar angeordnet iat. Das Gehäuse.60 und der

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Kolben 64 arbeiten nnter Bildung einer Feuerkammer 66 zusammen, in welcher die Explosivladung 52 angeordnet ist. Ein äußeres Endteil 70 des Gebildes 38 ist mit einem Antriebsrahmen 72 verbunden, auf dem das Polster 42 montiert ist. Der Antriebsrahmen 72 ist wiederum mit dem Kolben 64 verbunden.

Bei der Detonation der Explosivladung 52 wird der Kolben 64 aus der Normalstellung gemäß Pig. 2 in die Betätigungsstellung gemäß Pig. 3 unter Expansion des Gebildes 38 geschossen bzw. vorwärts getrieben. Diese Expansion des Gebildes 38 wird d- roh Vorsehung einer Anzahl von akkordeonartigen Bälgen 78 in dem Gebilde in dessen zusammengezogenen Zustand gemäß Pig. 2 erleichtert. Die vorerwähnte Auswärtsbewegung der Antriebseinheit 56 expandiert das Gebilde 33 durch Streckung der Balgfalten 78. Die Auswärtsbewegung der Antriebseinheit 56 wird durch Verbindung eines inneren Endteils 82 des Gebildes 38 mit einer End- oder Basiswandung 84 begrenzt, welch letztere fest am Armaturenbrett 16 befestigt ist ( s. Pig. 3). Die Kraft, mit der die Antriebseinheit 56 aus der Normalstellung in die Betätigungsstellung gemäß Pig. 3 nach außen getrieben wird, kann durch Erhöhung der Explosivladung 52 und durch Vergrößerung der Länge der Bohrung 62 vergrößert werden.

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Um die "bei der Explosion entstehenden Druckänderung en und Geräusche zu verringern, wird Luft von üera Passagierraum lö in eine Kammer 88 innerhalb des Gebildes 38 gezogen ( Pig. 3). Dies verringert das Geräusch durch wirksames Kurzschließen bzw. Verringern der Druckwelle, die durch die Auswärtsbewegung des Gebildes unter dem Einfluß der Explosivladung 52 erzeugt wird. Das Einziehen von Ioift in das Gebilde ( s. Pig. 3) erfolgt durch geeignete Öffnungen 90 im Armaturenbrett 16 und Öffnungen 92 in der Endwandung 84-, Dieser Luftstrom vom Passagierraum 18 in das Innere des Gebildes 38 bewirkt, daß der Druck im Passagierraum bei der Expansion des Gebildes im wesentlichen gleich bleibt.

ITm es zu ermöglichen, daß Luft vom Passagierraum in das Gebilde 38 bei dessen Expansion gezogen wird, darf die Detonation der Explosivladung 52 nur eine relativ kleine Gasmenge erzeugen, welche schnell und positlr'die Antriebseinheit 56 in die Arbeitsstellung gemäß ]?ig. 3 bringt. Hierzu wird die Explosivladung 52 innerhalb der relativ kleinen Feuerkammer ( s. Pig. 2) gehalten, die von dem Gehäuse 60 und dem Kolben 64 definiert ist. Die Detonation der Explosivladung 52 erhöht den Druck innerhalb der Feuerkammer 66, um den Kolben 64 aus der Bohrung 62 zu schießen. Infolge der relativ kleinen Abmessungen der Feuerkammer 66 erzeugt die Detonation der kleinen Explosivladung 52 eine relativ kleine Gasmenge. Diese kleine Gasmenge ist mittels der Bohrung 62 gegen eine Endfläche 97 des folbens 64 gerichtet, wie schematiseh durch die Pfeile

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98 in Fig. 3 angedeutet ist. Obsclion viele verschiedene Explosivstoffe für die Ladung 52 verwendet werden können, wird ein Luftstrom in das Gebilde 38 bei dessen Expansion durch Verwendung einer Explosivladung gefördert, die bei der Detonation eine Gasmenge erzeugt, welche wesentlich geringer ist als das Volumen der Kammer 88 des expandierten Gebildes 38. Infolgedessen wird eine Luftmenge, die einem Hauptteil des Volumens des Gebildes gleich ist, aus dem Passagierraum 18 bei der Expansion des Gebildes in dieses gezogen.

Das Gebilde 38 kann aus verschiedenen Materialien bestehen. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Gebilde 38 aus einem Material hergestellt, das genügend Stärke aufweist, um das Gebilde in der expandierten Stellung gemäß Fig. 3 zu halten. Zusätzlich bietet das Material einen ausreichenden Widerstand gegen eine Deformation, um die Bewegung des Insassen 22 bei einem Unfall abzubremsen, indem die durch den Insassen 22 gegen das Polster 42 und das Gebilde 38 ausgeübten Stoßkräfte aufgenommen werden. Daher werden bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Wandungen 102 des Gebildes 38 aus einem verformbaren, nicht elastischen, formbeständigen Material gebildet, z. B. Stahlblech mit einer Dicke von etwa 0,4 mm (15 mil). Beim Aufprall des Insassen 22 gegen das Polster werden die Wandungen 102 des Gebildes unter Absorption der

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kinetischen Energie des Insassen deformiert. Die Konstruktion des Gebildes 38 ist ähnlich derjenigen, die in der USA-Anmeldung Serial Uo. 662 679 vom 23. Agust 196? beschrieben ist, jedoch kann das Gebilde, falls gewünscht, auch aus flexiblem, nichtformbeständigem Material hergestellt sein.

,Bei der Deformation der Wandungen 102 des Gebildes 38 wird die Bewegung des Insassen verlangsamt. Dementsprechend ist das Gebilde 38 in der Lage, durch eine Reihe von nach vorn gerichteten Stoßen oder Bewegungen des Insassen 22 bei einem Unfall ^ aufeinanderfolgend mehr und mehr deformiert zu werden. Ein Abprallen des Inaassen von dem Puffer zwischen diesen Stoßen ist minimalisiert, da die Wandungen 102 aus einem nicht elastischen Material bestehen, welche die kinetische Energie des Insassen aufnehmen. Infolgedessen braucht das Gebilde 38 nicht fließdicht zu sein, da das Gebilde sich nicht auf einen Druck innerhalb der Kammer 88 zur Verlangsamung der Vorwärtsbewegung des Insassen 22 stützt. Jedoch können Rückschlagventile 106 vorge- sehen sein, um ein Auffibtömen von Luft aus dem Gebilde und ein Eindringen von Staub und anderen fremden Partikeln in das Ge- ™ bilde in dessen zusammengezogenem Zustand gemäß Pig. 2 zu verhindern. Die Verwendung von Rückschlagventilen oder anderen strömungsverzögernden Mitteln ist besonders vorteilhaft, wenn das Gebilde 38 aua einem Material besteht, das leicht zusammenzieh- bzw. faltbar ist.

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Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 weist ein Sicherheitsgerät 120 auf, das den Fahrer eines Fahrzeuges bei einem Unfall schützen kann. Hierzu ist das Sicherheitsgerät 120 an einem Lenkrad 122 des Fahrzeuges drehbar gegenüber einer Lenksäule 124 angeordnet. Da das Sicherheitsgerät 120 grundsätzlich ähnlich ausgebildet ist und arbeitet wie das Sicherheitsgerät 14 gemäß den Fig. 1 bis 3, sind ähnliche Bezugszeichen, d.h. solche mit einem Zusatz "a" für gleiche Teile bei dem Sicherheit sgerät 120 verwendet.

Das Sicherheitsgerät 120 ist besonders gut geeignet, um an einem Lenkrad 122 angebracht zu werden, da dieses besondere kompakt und leicht ist und nur wenig Trägheit gegenüber einer Drehung des Lenkrades 122 bietet. Die geringe Trägheit verringert ferner die erforderliche Kraft zur Bewegung des Lenkrades 122 axial zur Lenksäule 124, um diese beim Auftreten eines Unfalles in bekannter Weise zusammenzuschieben. Zusätzlich weist das Sicherheitsgerät 120 eine im wesentlichen symmetrische Form auf, derart, daß das Gravitationszentrum des Gerätes auf der Drehachse des Lenkrades 122 liegt, so daß hierdurch eine Vibration des Lenkrades bei dessen Drehung vermieden wird.

Die leichte und kompakte Konstruktion des Sicherheitsgeriites 120 ergibt sich aus der Betätigungseinrichtung 46a zur Expansion des Gebildes 38a. Die Betätigungseinrichtung 46a weist

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eine Geschoßhülle 50a mit einer Explosivladung 52a auf. Beim Auftreten eines Unfalles.detoniert die Explosivladung 52a durch Speisung von elektrischen leitungen 30a und 32a, um die Antriebseinheit 56a in der zuvor in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß den Fig. 1-3 beschriebenen.Weise nach vorn zu schießen. Die Antriebseinheit 56a ist an einem vorderen Teil 70a des Gebildes befestigt, so daß die Außenbewegung die akkordeonartigen Bälge 78a des Gebildes streckt und dadurch das Ggbilde expandiert. Das Gebilde 38a kann aus flexiblem Material oder einem nichtelastischen, deformierbaren Material bestehen, wie z. B. Stahlblech, wie zuvor in,Verbindung mit der Ausführungsform geiüäß den Pig. 1 bis 3 beschrieben worden ist.

Zur Verringerung von Lärm wird Luft in das Gebilde aus dem Passagierraum bei der Expansion des Gebildes gezogen. Hierzu sind Öffnungen 90a in der Lenksäule 124 und Öffnungen 106a in der Endwandung 84a vorgesehen. Um diesen nach innen gerichteten Luftstrom zu fördern, bewirkt die Detonation der Explosivladung 52a die Erzeugung einer Gasmenge,-welche geringer ist als das Volumen des expandierten Gebildes 38a,

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Sicherheitsgeräte 14 und 120 beide relativ kompakt und leicht infolge der Verwendung relativ kleiner ExploÄivladungen 52 bzw.

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52a zum Herausschießen der Antriebseinheit 56 bzw. 56a sind. Der durch die Expansion erzeugte lärm wird durch Einziehen von Luft aus dem Passagierraum in das Gebilde bei dessen Expansion verringert, wobei der luftstrom in das Gebilde durch Verwendung einer Explosivladung gefördert wird, bei deren Detonation relativ geringe Gasmengen erzeugt werden. Die Gebilde 38 und 38a können durch Verwendung eines deformierbaren, nichtelastischen Materials für die Wandungen des Gebildes im expandierten Zustand selbststützend bzw«, selbsttragend gemacht werden.

Patentansprüche :

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Claims

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Patentansprüche : 2 O G 8 2 2 5

/Κ./ Sicherheitseinrichtung zum Schutz von JEPahrzeuginsassen bei einem Unfall mit einem aus einem zusammengezogenen Zustand in einen expandierten Zustand expansionsfähigen Gebilde zur Verzögerung der Bewegung des Insassen beim Unfall, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Expansion des expansionsfähigen Gebildes (38) eine Explosivladung (52) sowie Mittel (56) aufweisen, die durch die Detonation der Explosivladung vorwärts getrieben werden.
2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel· zur Expansion des expansionsfähigen Gebildes (38) ein Gehäuse (60) aufweisen, welches eine Bohrung (62) definiert, in der die Explosivladung (52) angeordnet 1st und die infolge der Detonation der Explosivladung vorwärts getriebenen Mittel (56) ein kolbenartiges Glied (64) aufweisen, das gleitbar in dieser Bohrung angeordnet ist und durch den bei der Detonation erzeugten Druck aus dieser Bohrung getrieben wird.
3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Detonation nach außen getriebenen Mittel (56) einschließlich des kolbenartig in der Bohrung (62) gleitenden Gliedes (64) betätigungswirksam mit einem Teil (70) des Gebildes (38) verbunden sind und dieses Teil (70) gegenüber dem anderen Teil des Gebildes unter dem von der Explosionsladung erzeugten Druck bewegen.

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4. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (92, 106) zur Ermöglichung ekines Luftstromes in das expansionsfähige Gebilde (38) aus dem Fahrgastraum (18) des Fahrzeuges (10) bei der Expansion des expansionsfähigen Gebildes (38) vorgesehen sind.
5. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das expansionsfähige Gebilde (38) aus einem selbsttragenden Material zur Absorption einee beträchtlichen Teils der Energie beim Auftreffen des Insassen (22) gegen das Gebilde infolge Deformation desselben hergestellt ist.
6. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebilde (38) aus einem selbststützenden bzw. -tragenden Material genügender Stärke besteht, um das Gebilde in expandiertem Zustand zu halten.
7. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebilde (38) wenigstens teilweise aus einem unelastischen formbeständigen Material besteht.

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8. Sicnerneitseinriclrtung nach. Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch Rückschlagventile (106) zur Verhinderung eines Luftaustritts aus dem expansionsfähigen Gebilde (38).
9· Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das expansionsfähige Gebilde (38) und die Explosivmittel (52) am Lenkrad (122) des Fahrzeuges (10) drehbar gegenüber einer Lenksäule (124) angeordnet sind. ™
10. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Explosionsladung (52) derart beschaffen ist, daß die bei der Explosion entwickelten Gasmenge beträchtlich geringer ist als die Luftmenge, die bei der Expansion des Gebildes (38) in dieses gezogen wird.
11. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgen-

. den, gekennzeichnet durch Mittel (30,32) zur Auslösung der M Detonation der Explosivladung (52).

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