DE202007017748U1

DE202007017748U1 - Druckerzeugungsmodul

Info

Publication number: DE202007017748U1
Application number: DE200720017748
Authority: DE
Original assignee: Takata Petri AG
Current assignee: Takata AG
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2017-12-18

Abstract

Druckerzeugungsmodul für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit
– einer mit Gas befüllbaren ersten Kammer (2);
– einer zweiten Kammer (3), in die Gas aus der ersten Kammer (2) überströmen kann;
– mindestens einer Abströmöffnung (4211, 4212), über die Gas aus der ersten Kammer (2) aus dem Druckerzeugungsmodul (1) abströmen kann; und
– einem Abströmmechanismus (4), der ausgebildet ist, einen Gasstrom durch die Abströmöffnung (4211, 4212) in Abhängigkeit vom Gasdruck (P₂) in der zweiten Kammer (3) zu verändern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckerzeugungsmodul für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem gemäß Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik sind Druckerzeugungsmodule, z.B. für Gurtstraffer eines Fahrzeugsicherheitsgurtes, bekannt, die eine Bohrung in einer Arbeitskammer aufweisen, über die Gas aus der Arbeitskammer nach außen abströmen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Druckerzeugungsmodul zu schaffen, das ein kontrolliertes Abströmen von Gas ermöglicht.
Dieses Problem wird mittels des Druckerzeugungsmoduls mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach wird ein Druckerzeugungsmodul für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem bereitgestellt, mit

– einer mit Gas befüllbaren ersten Kammer;
– einer zweiten Kammer, in die Gas aus der ersten Kammer überströmen kann;
– mindestens einer Abströmöffnung, über die Gas aus der ersten Kammer aus dem Druckerzeugungsmodul abströmen kann; und
– einem Abströmmechanismus, der ausgebildet ist, einen Gasstrom durch die Abströmöffnung in Abhängigkeit vom Gasdruck in der zweiten Kammer zu verändern.

Der Druck in der ersten Kammer wird somit über einen Gasanteil, der von der ersten Kammer (die z.B. die Arbeitskammer des Druckerzeugungsmoduls darstellt) in die zweite Kammer überströmt und mit dem Abströmmechanismus zusammenwirkt, gesteuert. Der Abströmmechanismus ist insbesondere ausgebildet, den Abströmquerschnitt der Abströmöffnung abhängig vom Gasdruck in der zweiten Kammer zu verändern. Der Gasstrom (Volumenstrom) kann z.B. durch ein zusätzliches Element verändert werden, das mit der Abströmöffnung zusammenwirkt und die Abströmöffnung in einer Ausgangsposition verschließt und abhängig vom Druck in der zweiten Kammer eine andere Position einnimmt, in der es die Abströmöffnung zumindest teilweise freigibt.
Zum Befüllen der ersten Kammer mit Gas weist das Druckerzeugungsmodul eine Gaserzeugungseinheit auf, die als Reaktion auf ein Steuersignal (zum Beispiel einer Crash-Sensorik oder einer Pre-Crash-Sensorik des Fahrzeuges) Gas freisetzt. Beispielsweise handelt es sich bei der Gaserzeugungseinheit um eine pyrotechnische Einheit, die auf chemischem Wege Gas erzeugen kann. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Gaserzeugungseinrichtung innerhalb der ersten Kammer angeordnet.
Des Weiteren kann der Abströmmechanismus ausgebildet sein, die Abströmöffnung erst freizugeben, wenn der Gasdruck in der zweiten Kammer einen vorgebbaren Mindestdruck übersteigt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der erforderliche Mindestdruck erst nach einer vorgebbaren Zeitverzögerung nach Beginn des Befüllens der ersten Kammer bzw. nach Erreichen eines Maximaldrucks in der ersten Kammer erreicht wird.
Das Überströmen von Gas aus der ersten in die zweite Kammer wird beispielsweise durch eine Öffnung des Abströmmechanismus, die sich zwischen der ersten und der zweiten Kammer erstreckt, ermöglicht. Anstelle einer Öffnung oder zusätzlich zu der Öffnung kann auch ein Ventil vorgesehen sein kann. Insbesondere kann über die Ausgestaltung der Öffnung und deren Lage die Zeitverzögerung, mit der der Mindestdruck in der zweiten Kammer, der zum Freigeben der Abströmöffnung erforderlich ist, beeinflusst oder vorgegeben werden. Insbesondere beeinflusst der Volumenstrom durch die Öffnung den Zeitpunkt, zu dem der Mindestdruck erreicht wird.
In einer Variante ist eine Vorrichtung vorgesehen, über die der Abströmquerschnitt der Öffnung zwischen der ersten und der zweiten Kammer in Abhängigkeit vom Druck in der ersten Kammer veränderbar ist. Insbesondere kann die Vorrichtung ausgebildet sein, den Abströmquerschnitt schlagartig zu vergrößern, wenn der Druck in der ersten Kammer einen vorgebbaren Mindestdruck erreicht. Das schlagartige Vergrößern des Abströmquerschnitts ermöglicht einen schnellen Druckabbau in der ersten Kammer.
Der sich durch den vergrößerten Abströmquerschnitt in der zweiten Kammer schnell aufbauende Innendruck kann zudem dazu führen, dass der Abströmmechnismus die Abströmöffnung freigibt, so dass Gas aus der ersten Kammer auch nach außen abströmen kann, wodurch sich der Abbau des Innendrucks in der ersten Kammer beschleunigt.
Ein Druckabbau in der ersten Kammer ist z.B. wünschenswert, wenn der Druck aufgrund eimer Fehlfunktion (Misuse) der Gurtstraffervorrichtung das übliche Niveau übersteigt. Beispielsweise kann bei einem Blockieren eines Teils der Gurtstraffervorrichtung der Innendruck in der ersten Kammer stark ansteigen, z.B. um bis zu 50% gegenüber dem beim Betrieb der Druckerzeugungseinrichtung üblichen Wert. Durch den möglichen schnellen Druckabbau können darüber hinaus Bauteile bzw. Verbindungen von Bauteilen zur Herstellung der Druckerzeugungseinrichtung verwendet werden, die eine geringere Festigkeit aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung zum Verändern des Abströmquerschnitts auf:

– einen ersten Abschnitt zum Reduzieren der Abströmöffnung der Öffnung, der sich durch die Öffnung hindurch erstreckt; und
– einen zweiten Abschnitt, der ein Herausbewegen des ersten Abschnitts unter Einwirkung des Drucks in der ersten Kammer verhindert, wenn der Druck in der ersten Kammer niedriger als der Mindestdruck ist und der den ersten Abschnitt bei Erreichen des Mindestdrucks freigibt, so dass er sich aus der Öffnung herausbewegen und sich der Abströmquerschnitt der Öffnung somit schlagartig vergrößern kann.

Falls eine pyrotechnische Einheit zum Erzeugen von Gas verwendet wird, wird somit die Abströmöffnung nicht sofort bei Zünden der pyrotechnischen Einheit freigegeben, sondern mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung. Dies ermöglicht insbesondere eine zeitlich kontrollierte Reduzierung des Innendrucks der ersten Kammer und damit eine zeitlich kontrollierte Reduzierung der Kraft, die auf Komponenten wirkt, die durch das Gas der ersten Kammer angetrieben werden, zum Beispiel Gurtstrafferkomponenten. Dadurch wird einerseits der Antrieb (die Leistung), der durch das Druckerzeugungsmodul bereitgestellt wird, kaum verringert, andererseits können dennoch Kraftüberhöhungen vermieden werden.
In einer weiteren Variante der Erfindung weist der Abströmmechanismus einen Aktuator auf, der in Abhängigkeit vom Innendruck der zweiten Kammer bewegbar ist. Darüber hinaus kann eine Aufnahme für den Aktuator vorgesehen sein, entlang derer der Aktuator bewegt werden kann. In einer Weiterbildung weist die Aufnahme die Abströmöffnung auf, über die Gas aus der ersten Kammer aus dem Druckerzeugungsmodul heraus ausströmen kann.
Zudem kann der Aktuator eine Öffnung aufweisen, wobei in einer Ausgangsposition des Aktuators ein durchgehender Bereich des Aktuators die Abströmöffnung (z.B. ausgebildet an der Aufnahme für den Aktuator) verschließt. Der Aktuator kann durch Einwirken des Gasdrucks in der zweiten Kammer in eine Freigabeposition gebracht werden, in der die Öffnung des Aktuators zumindest abschnittsweise mit der Abströmöffnung der Aufnahme überlappt und die Abströmöffnung dadurch freigegeben wird. Das heißt, der Aktuator wird durch den Druck in der zweiten Kammer soweit bewegt (verschoben), dass die Abströmöffnung mit der Öffnung des Aktuators abschnittsweise oder vollständig fluchtet.
Speziell kann vorgesehen sein, dass die Aufnahme einen Mantel umfasst, der einen inneren, z.B. hohlzylindrischen, Bereich der Aufnahme begrenzt und der mindestens eine Abströmöffnung zum Abströmen von Gas aus der ersten Kammer aufweist. Zudem kann auch der Aktuator einen inneren, z.B. ebenfalls hohlzylindrischen Bereich, aufweisen, der von einem Mantel des Aktuators begrenzt ist.
Es sei erwähnt, dass die Anzahl der Öffnungen im Aktuator und natürlich auch die Anzahl der Abströmöffnungen im Prinzip beliebig ist und je nach Anforderung an das Druckerzeugungsmodul gewählt werden kann.
In einer Ausgestaltung ist der Aktuator zumindest abschnittsweise in dem inneren Bereich der Aufnahme angeordnet. Das heißt, der (zum Beispiel kolbenförmige) Aktuator bewegt sich innerhalb der (beispielsweise hohlzylindrischen) Aufnahme. Des Weiteren kann in dieser Variante der Erfindung die erste Kammer die Aufnahme zumindest abschnittsweise umgeben, wobei gleichzeitig in der ersten Kammer die Gaserzeugungseinrichtung (zum Beispiel in Form einer pyrotechnischen Einheit) angeordnet sein kann.
In dieser Variante kann der Aktuator so ausgebildet sein, dass bei freigegebener Ausströmöffnung Gas durch die Abströmöffnung, die Öffnung des Aktuators und durch den inneren Bereich des Aktuators hindurch nach außen abströmt. Das heißt, der innere Bereich des Aktuators ist für den Fall, dass die Ausströmöffnung und die Durchgangsöffnung zumindest abschnittsweise fluchten, in Strömungsverbindung mit der ersten Kammer, wobei der innere Bereich einen Abströmbereich (zum Beispiel in einem seiner Enden) aufweist, über den das Gas aus dem Druckerzeugungsmodul heraus abgeleitet werden kann.
In einer anderen Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Aktuator außen an der Aufnahme angebracht ist. Insbesondere kann der Aktuator an einer Seite des Mantels der Aufnahme angeordnet sein, die dem inneren Bereich des Aktuators abgewandt ist. Der Aktuator kann hier auch zumindest abschnittsweise rotationssymmetrisch (z.B. hohlzylindrisch) ausgebildet sein und die Aufnahme umgeben. Darüber hinaus sind vielfältige andere Arten von Aktuatoren denkbar, die an einer Außenseite der Aufnahme angeordnet sind, z.B. in Form eines Kolbens.
Zudem kann die Aufnahme dieser Erfindungsvariante die erste Kammer zumindest abschnittsweise umgeben, so dass sich die erste Kammer (die auch die Arbeitskammer zum Antreiben einer Vorrichtung, etwa einer Gurtstraffervorrichtung, sein kann) innerhalb der Aufnahme befindet. Darüber hinaus kann auch in dieser Variante die Gaserzeugungseinrichtung in der ersten Kammer, d.h. innerhalb der Aufnahme, angeordnet sein.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist ein Halteelement vorgesehen, das den Aktuator an der Aufnahme festlegt, bis der Gasdruck in der zweiten Kammer einen vorgebbaren Mindestdruck übersteigt. Dies kann zum Beispiel ein stiftartiges Element sein, das eine Sollbruchstelle aufweist, die unter Einwirkung einer bestimmten Kraft bricht, so dass bei einem bestimmten Druck in der zweiten Kammer (und damit einer bestimmten Kraft, die der Aktuator auf das Halteelement ausübt) die Verbindung zwischen Aktuator und Aufnahme gelöst wird. Außer stiftartigen Halteelementen sind andere Varianten von Halteelementen selbstverständlich mit erfasst, beispielsweise ein Kleb- oder ein Dichtungsmittel, das sich bei Einwirken einer bestimmten Kraft löst.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckerzeugungsmoduls ist ein Filterelement vorgesehen, das aus der ersten Kammer durch die Abströmöffnung abströmendes Gas filtert. Zum Beispiel kann – falls der Abströmmechanismus einen Aktuator und eine Aufnahme umfasst – das Filterelement im Innern der Aufnahme im Bereich der Abströmöffnung vorgesehen sein. In einer anderen Variante ist das Filterelement außerhalb der Aufnahme angeordnet.
Insbesondere kann das zuvor beschriebene Druckerzeugungsmodul in einer Gurtstraffvorrichtung zum Straffen eines Fahrzeugsicherheitsgurtes bei einem Unfall des Fahrzeuges verwendet werden, um mittels des in der ersten Kammer (der Arbeitskammer) erzeugten Gasdrucks eine oder mehrere Gurtstrafferkomponenten anzutreiben. Eine derartige Gurtstraffvorrichtung weist zum Beispiel einen Kolben auf, der mit einem Ende oder einem sonstigen Abschnitt eines Fahrzeugsicherheitsgurtes verbunden ist, und der unter Einwirkung des Innendrucks in der ersten Kammer derart bewegt wird, dass der Gurt gestrafft wird. In einem anderen Beispiel wirkt ein sog. Rotationsstraffer mit dem erfindungsgemäßen Druckerzeugungsmodul zusammen, wobei durch den Gasdruck in der ersten Kammer kugelartige Elemente bewegt werden, die wiederum ein Rad eines Aufwickelmechanismus des Sicherheitsgurtes antreiben. Ein weiteres Beispiel eines Gurtstraffers ist ein so genannter Rohrstraffer. Derartige Gurtstraffvorrichtungen sind jedoch an sich bekannt, so dass sie an dieser Stelle nicht weiter erläutert werden.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Verwendung des erfindungsgemäßen Druckerzeugungsmoduls nicht auf Gurtstraffer beschränkt ist. Beispielsweise kann das Druckerzeugungsmodul auch zum Aufblasen eines Gassacks eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems verwendet werden (Gasgenerator).
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 bis 3 Schnittansichten eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Druckerzeugungsmoduls;
4 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels;
5A, 5B eine Schnittansicht einer Weiterbildung des zweiten Ausführungsbeispiels;
6 eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels;
7A–7D eine Schnittansicht einer Weiterbildung des dritten Ausführungsbeispiels;
8 eine grafische Darstellung der Zeitabhängigkeit des Kammerdrucks in Abhängigkeit von der Zeit;
9 eine grafische Darstellung der Schulterkraft in Abhängigkeit von der Zeit.
Die 1 bis 3 beziehen sich auf eine erste Variante des erfindungsgemäßen Druckerzeugungsmoduls, wobei die 1 und 2 verschiedene Schnittdarstellungen einer Ausgangsposition (d.h. mit verschlossener Abströmöffnung) des Druckerzeugungsmoduls zeigen. 3 betrifft einen Zustand des Druckerzeugungsmoduls mit freigegebener Abströmöffnung.
In dieser Variante weist das Druckerzeugungsmodul 1 eine erste Kammer 2 (Innendruck P₁) sowie eine zweite Kammer 3 (Innendruck P₂) auf, wobei in der ersten Kammer 2 eine Gaserzeugungseinrichtung in Form einer pyrotechnischen Einheit (nicht dargestellt) zum Befüllen der ersten Kammer 2 mit Gas angeordnet ist. Zwischen der ersten Kammer 2 und der zweiten Kammer 3 befindet sich eine Öffnung 21, über die Gas aus der ersten Kammer 2 in die zweite Kammer 3 überströmen kann. Die Öffnung 21 kann z.B. auch als Drosselventil ausgebildet sein.
Das Druckerzeugungsmodul 1 weist des Weiteren einen Abströmmechanismus 4 auf, der einen Aktuator 41 in Form eines Kolbens sowie eine Aufnahme 42 für den Aktuator in Form eines Zylinders umfasst. Die Aufnahme 42 weist einen abschnittsweise hohlzylindrischen inneren Bereich auf, in dem der Aktuator 41 relativ zu der Aufnahme 42 bewegbar angeordnet ist. Ein unteres Ende 411 des Aktuators 41 begrenzt die zweite Kammer 3, so dass der Aktuator 41 in Abhängigkeit vom Innendruck in der zweiten Kammer 3 bewegbar ist.
1 zeigt eine erste Schnittdarstellung durch das Druckerzeugungsmodul entlang einer ersten Ebene, während 2 eine Schnittdarstellung entlang einer Ebene senkrecht zum Schnitt der 1 darstellt. Wie aus 2 hervorgeht, sind in dem Mantel 421 der Aufnahme 42 zwei einander gegenüberliegende Abströmöffnungen 4211, 4212 ausgebildet. Der Aktuator 41 ist ebenfalls abschnittsweise hohlzylindrisch ausgebildet und weist somit einen durch einen Mantel begrenzten inneren Bereich 415 auf. In dem Mantel des Aktuators 41 sind zwei einander gegenüberliegenden Öffnungen 4113, 4114 ausgebildet, die zum inneren Bereich 415 des Aktuators 41 führen. An die Öffnungen 4113, 4114 grenzen durchgehende Abschnitte 4112 an, die in der Ausgangsposition des Aktuators 41 (1 und 2) die Abströmöffnungen 4211, 4212 im Mantel der Aufnahme 42 verschließen.
Aus 1 geht hervor, dass darüber hinaus ein Halteelement in Form eines Scherstiftes 5 vorgesehen ist, der in miteinander fluchtenden Bohrungen der Aufnahme 42 sowie des Aktuators 41 eingreift und somit den Aktuator 41 und die Aufnahme 42 mechanisch miteinander verbindet. In der Ausgangsposition sind Aktuator 41 und Aufnahme 42 somit nicht gegeneinander verschiebbar. Das Scherelement 5 weist jedoch eine Sollbruchstelle 51 auf, die bei Einwirken einer bestimmten Scherkraft (bei Verschieben des Aktuators 41 unter Einwirkung des Innendrucks P₂ der zweiten Kammer 3) zerstört wird.
Somit kann der Aktuator 41 durch den Innendruck P₂ in der zweiten Kammer 3 erst verschoben werden, wenn der Innendruck P₂ einen bestimmten Mindestwert erreicht. Der Querschnitt der Öffnung 21 zwischen der ersten Kammer 2 und der zweiten Kammer 3 ist wiederum so gewählt, dass der Gasstrom durch die Öffnung 21 hindurch so begrenzt ist, dass der erforderliche Mindestdruck in der zweiten Kammer 3 erst nach einer bestimmten Zeit nach Beginn des Befüllens der ersten Kammer, d.h. nach Zünden der pyrotechnischen Einheit, erreicht wird.
Den Fall, dass der erforderliche Mindestdruck in der zweiten Kammer 3 erreicht ist, zeigt die 3. In diesem Fall bewegt sich der Aktuator 41 mindestens so weit nach oben (von der ursprünglichen zweiten Kammer 3 weg, Pfeil O), dass die Öffnungen 4113 und 4114 jeweils mit den Abströmöffnungen 4211, 4212 überlappen (fluchten). In dieser Position (Freigabeposition) kann Gas aus der ersten Kammer 2 durch die Abströmöff nungen 4212, 4213 und den inneren Bereich 415 hindurch abströmen (gekennzeichnet durch Pfeile S). Das abströmende Gas kann z.B. durch das Aktuatorinnere 415 hindurch nach außen, d.h. aus dem Druckerzeugungsmodul hinaus, ausströmen.
4 zeigt eine andere Variante des erfindungsgemäßen Druckerzeugungsmoduls, die der Variante der 1 bis 3 ähnlich ist. Im Unterschied zur Variante der 1 bis 3 weist die zylinderförmige Aufnahme 42 hier nur eine einzelne Abströmöffnung 4212 und der kolbenförmige Aktuator 41 entsprechend ebenfalls nur eine Öffnung 4113 auf. Erreicht der Druck P₂ in der zweiten Kammer 3 den erforderlichen Mindestdruck, wird der Aktuator 41 – wie in den 1 bis 3 – so weit bewegt, dass die Öffnung 4113 mit der Abströmöffnung 4212 zumindest abschnittsweise fluchtet und in dieser Aktuatorstellung (Freigabeposition) Gas aus der ersten Kammer 2 durch die Abströmöffnung 4212 hindurch abströmen kann.
Der Aktuator 41 weist darüber hinaus ein Filterelement in Form einer Mehrzahl von Filterpartikeln 6 auf, die im Bereich der Öffnung 4113 angeordnet sind. In Freigabeposition des Aktuators 41 passiert das Gas sowohl die Öffnung 4113 des Aktuators 41 als auch die Filterpartikel 6, wodurch das abströmende Gas z.B. von giftigen Inhaltsstoffen befreit wird. Nach Passieren des Filtermaterials 6 kann das Gas über den inneren Bereich 415 der Aufnahme 41 nach außen abströmen.
Die 5A und 5B betreffen eine Weiterbildung des Druckerzeugungsmoduls der 4. Gemäß 5A ist zusätzlich eine Vorrichtung in Form eines Drosselelementes 7 vorgesehen, das zur Einstellung des effektiven Abströmquerschnitts der Öffnung 21 dient. Das Drosselelement 7 weist einen ersten, zylindrischen Abschnitt 71 auf, der sich durch die Öffnung 21 hindurch erstreckt. Der Abschnitt 71 liegt mit einem äußeren Umfang an einem Rand der Öffnung 21 an, so dass ein Durchtreten von Gas zwischen dem Abschnitt 71 und dem Rand der Öffnung 21 im Wesentlichen unterbleibt.
Der erste Abschnitt 71 ist mit einem zweiten, ringförmigen Abschitt 72 des Drosselelementes 7 verbunden, wobei der zweite Abschnitt 72 einen Anschlag bildet, der zunächst verhindert, dass der erste Abschnitt durch den Innendruck in der ersten Kammer 2 aus der Öffnung 21 heraus in die zweite Kammer 3 hineinrutscht. Das Drosselelement 7 weist zudem eine zentrale Bohrung 73 auf, die sich durch den ersten und zweiten Abschnitt 71, 72 hindurch erstreckt, und über die Gas aus der ersten in die zweite Kammer übertreten kann. Die Bohrung 73 besitzt entsprechend einen geringeren Durchmesser als die Öffnung 21.
Die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 71, 72 ist so ausgelegt, dass sie sich löst, wenn der Innendruck in der ersten Kammer 2 einen bestimmten Wert erreicht. Durch das Lösen des ersten Teils kann dieses in die zweite Kammer 3 hineinrutschen, so dass es die Öffnung 21 schlagartig vollständig freigibt (vgl. 5B). Dadurch kann ein in der ersten Kammer 2 entstandener Überdruck schnell abgebaut werden. Der Druckabbau wird dadurch beschleunigt, dass das in die zweite Kammer 3 einströmende Gas den Aktuator 41 bewegt, so dass die Abströmöffnung 4212 freigegeben wird und Gas aus der ersten Kammer 2 auch über die Abströmöffnung 4212 abströmen kann.
6 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Variante des Druckerzeugungsmoduls. In diesem Ausführungsbeispiel wirkt das Druckerzeugungsmodul 1 mit einer Gurtstrafferkomponente 8 zusammen. Das Druckerzeugungsmodul 1 weist eine erste Kammer 2 (Arbeitskammer zum Antreiben der Komponente 8) auf, die von einer zweiten Kammer 3 umgeben ist. Zwischen der ersten Kammer 2 und der zweiten Kammer 3 ist wie in den weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eine Öffnung 21 angeordnet, so dass Gas aus der ersten Kammer 2 in die zweite Kammer 3 überströmen kann.
Das Druckerzeugungsmodul 1 umfasst darüber hinaus einen Abströmmechanismus 4, der eine im Wesentlichen hohlzylindrische Aufnahme 42 umfasst, wobei ein Mantel 421 der Aufnahme 42 einen inneren Bereich begrenzt, der gleichzeitig die erste Kammer 2 bildet. An einer der ersten Kammer 2 abgewandten Seite des Mantels 421 ist ein Aktuator 41 angeordnet, der sich entlang des Mantels 421 bewegen kann.
Der Aktuator 41 weist einen oberen Abschnitt 4200, der der Gurtstrafferkomponente 8 zugewandt ist, sowie einen unteren (der Gurtstrafferkomponente 8 abgewandten) Abschnitt 4100 auf, wobei die Abschnitte 4100, 4200 jeweils hohlzylindrisch ausgebildet sind und die Aufnahme 42 umgreifen. Der obere Abschnitt 4200 besitzt einen größeren Durchmesser als der untere Abschnitt 4100 und begrenzt mit einem Teilabschnitt die zweite Kammer 3 derart, dass der Innendruck P₂ der zweiten Kammer 3 auf den Aktuator 41 wirken kann.
Der Aktuator 41 weist in seinem unteren Abschnitt 4100 zwei einander gegenüberliegende Durchgangsöffnungen 4113, 4114 auf, die durch Verschieben des Aktuators 41 entlang der Aufnahme 42 in Überlappung mit Abströmöffnungen 4211, 4212 der Aufnahme 42 gebracht werden können. In der Ausgangsposition (wie in 6 gezeigt) sind die Abströmöffnungen 4211, 4212 durch einen durchgehenden Randabschnitt 4112 des Aktuators 41 verschlossen, so dass in der Ausgangsposition kein Gas über die Abströmöffnungen 4211, 4212 abströmen kann. Die Aufnahme 42 weist darüber hinaus einander gegenüberliegende Anschläge 4300 auf, die eine Bewegung des Aktuators 41 in einer Richtung weg von dem Straffungsmechanismus 8 begrenzen.
Wie in der Ausschnittsvergrößerung zu erkennen ist, ist die zweite Kammer 3, die einerseits durch den oberen Abschnitt 4200 des Aktuators 41 und andererseits durch einen Randabschnitt (Mantel) der Aufnahme 42 begrenzt ist, mit einer Dichtung 9 versehen. Die Dichtung 9 dichtet die Kammerinnenseite nach oben (zum Straffungsmechanismus 8 hin), nach unten sowie zum Aktuator 41 hin ab. Gleichzeitig legt die Dichtung 9 den Aktuator 41 an der Aufnahme 42 fest.
Die Dichtung 9 weist zudem im Bereich der Aufnahme 42 eine Sollbruchstelle 91 (Schwächung) auf, die bei Einwirken einer Mindestkraft zerstört wird und die mechanische Verbindung von Aktuator 41 und Aufnahme 42 löst. Hierdurch kann sich der Aktuator 41 relativ zur Aufnahme 42 erst bewegen und die Abströmöffnungen 4211, 4212 freigeben, wenn der Druck P₂ in der zweiten Kammer 3 einen gewissen Mindestdruck erreicht hat, der ausreicht, dass der Aktuator 41 eine Kraft auf die Dichtung 9 ausübt, die zum Zerstören der Sollbruchstelle 91 erforderlich ist. Die Dichtung 9 wirkt also als Halteelement, das den Aktuator 41 an der Aufnahme 42 festlegt, solange der Druck in der zweiten Kammer einen gewissen Mindestdruck nicht überschreitet.
Die 7A bis 7D betreffen eine Weiterbildung der Variante der 6. Analog zu den 5A, 5B ist in der Öffnung 21 ein Drosselelement 7 angeordnet, das einen ersten und einen zweiten Abschnitt 71, 72 aufweist. Übersteigt der Innendruck in der ersten Kammer 2 einen Mindestwert, löst sich das erste von dem zweiten Teil, wodurch die Öffnung 21 schlagartig freigegeben wird (7B). Durch das in die zweite Kammer 3 einströmende Gas wird der Aktuator 41 bewegt, so dass die Abströmöffnungen 4211, 4212 freigegeben werden und ein Abströmen von Gas aus der ersten Kammer 2 heraus erfolgt (7C).
Das Drosselelement kann insbesondere so beschafften sein, dass sich die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil 71, 72 erst löst, wenn sich in der ersten Kammer ein Druck aufgebaut hat, der größer ist als der Druck, der zum Betätigen des Aktutors 41 (d.h. zum Zerstören der Sollbruchstelle 91 der Dichtung 9) notwendig ist. In dieser Variante strömt Gas durch die Bohrung 73 in die zweite Kammer 3 ein, so dass sich in ihr ein Druck aufbauen kann, der ausreicht, um den Aktuator 41 zu betätigen; das Druckerzeugungsmodul als zur Restdruckreduzierung wirkt (7D).
8 ist eine grafische Darstellung des zeitlichen Druckverlaufs in Kammern des erfindungsgemäßen Druckerzeugungsmoduls (Kurven B und D) im Vergleich mit einem Druckerzeugungsmodul ohne (bzw. mit einer permanent geschlossenen) Abströmöffnung (Kurven A und C). Die Kurven A und B beziehen sich auf den Druck in der Arbeitskammer (der ersten Kammer) des Druckerzeugungsmoduls und die Kurven C und D auf den Druck in der zweiten Kammer.
In Bezug auf die Kurven A und B ist zu erkennen, dass sich in der Kammer ohne Abströmöffnung (Kurve A) nach Erreichen eines Druckmaximums (etwa 0,002 s nach Beginn des Befüllens der Kammer) ein relativ hoher Restdruck erhält. In der Kammer mit der erfindungsgemäßen Abströmöffnung (Kurve B) fällt der Druck nach Erreichen des Druckmaximums (ebenfalls bei etwa 0,002 s) deutlich ab, da etwa zu diesem Zeitpunkt die Abströmöffnung freigegeben wird. Im Fall der Kurve B liegt somit nach Erreichen des Druckmaximums nur ein geringer Restdruck vor, so dass z.B. eine mit dem Druckerzeugungsmodul zusammenwirkende Kraftbegrenzereinrichtung (z.B. einer Gurtstraffervorrichtung) nicht oder zumindest weniger behindert wird als bei der Druckerzeugungsvorrichtung ohne Abströmöffnung.
Eine unerwünschte Überhöhung der z.B. auf einen Sicherheitsgurt wirkenden Kraft kann somit so weit wie möglich vermieden werden. Dabei ist die Geometrie und Lage der Abströmöffnung sowie die Geometrie und Beschaffenheit der zweiten Kammer so gewählt, dass die Abströmöffnung wie erwähnt etwa beim Erreichen des Maximaldrucks in der ersten Kammer freigegeben wird, so dass die Druckverminderung erst nach dem Erreichen des Maximaldrucks einsetzt.
9 zeigt eine grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer Kraft, die durch einen Fahrzeug-Sicherheitsgurt im Verlauf eines Unfalls des Fahrzeuges auf die Schulter eines Fahrzeuginsassen ausgeübt wird, der mit dem Sicherheitsgurt gesichert ist.
Der Fahrzeug-Sicherheitsgurt ist in diesem Fall mit einem Gurtstraffungsmechanismus zum Straffen des Gurtes ausgestattet, der in einem Fall mit dem erfindungsgemäßen Druckerzeugungsmodul (Kurven E und F) und im anderen Fall mit einem konventionellen Druckerzeugungsmodul (Kurve G) zusammenwirkt.
Zu erkennen ist, dass die Maximalkraft E_max, F_max bzw. G_max, die auf den Fahrzeuginsassen wirkt, durch Verwendung des erfindungsgemäßen Druckerzeugungsmoduls deutlich reduziert wird (von G_max > 6000 Newton im Falle der Kurve C auf F_max < 5000 Newton im Falle der Kurve B). Dies hat damit zu tun, dass ein Restdruck in der Arbeitskammer des Druckerzeugungsmoduls durch das erfindungsgemäße Druckerzeugungsmodul nach Erreichen des Druckmaximums effizient reduziert wird, so dass einer Kraftbegrenzerfunktion des Gurtstraffungsmechanismus weniger oder gar nicht entgegengewirkt wird und ein Ausziehen des Sicherheitsgurtes durch Bewegen des Fahrzeuginsassen (im Verlauf des Unfalls) weniger blockiert wird.

1: Druckerzeugungsmodul
2: erste Kammer
3: zweite Kammer
4: Abströmmechanismus
5: Halteelement
6: Filterpartikel
7: Drosselelement
8: Gurtstraffvorrichtung
9: Dichtung
21: Öffnung
41: Aktuator
42: Aufnahme
51, 91: Sollbruchstelle
71: erstes Teil
72: zweites Teil
73: Bohrung
411: Ende
415: innerer Bereich
421: Mantel
4112: durchgehender Abschnitt
4113, 4114: Öffnung
4211, 4212: Abströmöffnung
4100: unterer Abschnitt
4200: oberer Abschnitt
4300: Anschlag

Claims

Druckerzeugungsmodul für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit – einer mit Gas befüllbaren ersten Kammer (2); – einer zweiten Kammer (3), in die Gas aus der ersten Kammer (2) überströmen kann; – mindestens einer Abströmöffnung (4211, 4212), über die Gas aus der ersten Kammer (2) aus dem Druckerzeugungsmodul (1) abströmen kann; und – einem Abströmmechanismus (4), der ausgebildet ist, einen Gasstrom durch die Abströmöffnung (4211, 4212) in Abhängigkeit vom Gasdruck (P₂) in der zweiten Kammer (3) zu verändern.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gaserzeugungseinheit, die als Reaktion auf ein Steuersignal Gas zum Befüllen der ersten Kammer (2) erzeugt.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaserzeugungseinrichtung innerhalb der ersten Kammer (2) angeordnet ist.
Druckerzeugungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abströmmechanismus (4) ausgebildet ist, die Abströmöffnung (4211, 4212) erst freizugeben, wenn der Gasdruck (P₂) in der zweiten Kammer (3) einen vorgebbaren Mindestdruck übersteigt.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abströmmechanismus (4) die Abströmöffnung (4211, 4212) verschließt, wenn der Druck (P₂) in der zweiten Kammer (3) den Mindestdruck nicht übersteigt.
Druckerzeugungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Öffnung (21) zwischen der ersten und der zweiten Kammer (2, 3), durch die Gas aus der ersten in die zweite Kammer strömen kann.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (21) so beschaffen und angeordnet ist, dass der Mindestdruck nach einer vorgebbaren Zeit nach Beginn eines Befüllens der ersten Kammer (2) erreicht wird.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (7), über die der Abströmquerschnitt der Öffnung (21) in Abhängigkeit vom Druck in der ersten Kammer (2) veränderbar ist.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (7) ausgebildet ist, den Abströmquerschnitt schlagartig zu vergrößern, wenn der Druck in der ersten Kammer (2) einen vorgebbaren Mindestdruck erreicht.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (7) aufweist: – einen ersten Abschnitt (71), der sich durch die Öffnung (21) hindurch erstreckt und den Abströmöffnung der Öffnung (21) reduziert; und – einen zweiten Abschnitt (72), der ein Herausbewegen des ersten Abschnitts (71) unter Einwirkung des Drucks in der ersten Kammer (2) verhindert, solange der Druck in der ersten Kammer (2) niedriger als der Mindestdruck ist und der den ersten Abschnitt (71) bei Erreichen des Mindestdrucks freigibt, so dass dieser sich aus der Öffnung (21) herausbewegen und sich somit der Abströmquerschnitt der Öffnung (21) schlagartig vergrößern kann.
Druckerzeugungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abströmmechanismus (4) einen Aktuator (41) aufweist, der in Abhängigkeit vom Gasdruck (P₂) in der zweiten Kammer (3) bewegbar ist.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Aufnahme (42) für den Aktuator (41), entlang derer der Aktuator (41) bewegbar ist.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (42) die Abströmöffnung (4211, 4212) aufweist.
Druckerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass – der Aktuator (41) eine Öffnung (4113, 4114) aufweist, wobei – in einer Ausgangsposition des Aktuators (41) ein durchgehender Bereich (4112) des Aktuators (41) die Abströmöffnung (4211, 4212) verschließt und – der Aktuator (41) durch Einwirken des Gasdrucks (P₂) in der zweiten Kammer (3) in eine Freigabeposition gebracht werden kann, in der die Öffnung (4113, 4114) zumindest abschnittsweise mit der Abströmöffnung (4211, 4212) überlappt und dadurch den Gasstrom durch die Abströmöffnung (4211, 4212) vergrößert.
Druckerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (42) einen Mantel (421) aufweist, der einen inneren Bereich der Aufnahme (42) begrenzt, und die Abströmöffnung (4211, 4212) in dem Mantel der Aufnahme (42) angeordnet ist.
Druckerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (41) einen Mantel aufweist, der einen inneren Bereich (415) des Aktuators (41) begrenzt, und die Öffnung (4113, 4114) des Aktuators (41) in dem Mantel angeordnet ist.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (2) die Aufnahme (42) zumindest abschnittsweise umgibt.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (41) zumindest abschnittsweise in dem inneren Bereich der Aufnahme (42) angeordnet ist.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (41) so ausgebildet ist, dass bei freigegebener Abströmöffnung (4211, 4212) Gas durch den inneren Bereich (415) des Aktuators (41) abströmt.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (41) an einer dem inneren Bereich der Aufnahme (42) abgewandten Seite des Mantels der Aufnahme (42) angeordnet ist.
Druckerzeugungsmodul nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel der Aufnahme (42) die erste Kammer (2) zumindest abschnittsweise umgibt.
Druckerzeugungsmodul nach einem der Ansprüche 11 bis 21, gekennzeichnet durch ein Halteelement (9), das den Aktuator (41) an der Aufnahme (42) festlegt, bis der Gasdruck (P₂) in der zweiten Kammer (3) einen vorgebbaren Wert übersteigt.
Druckerzeugungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Filterelement (6) zum Filtern von Gas, das durch die Abströmöffnung (4211, 4212) abströmt.
Gurtstraffvorrichtung für einen Fahrzeugsicherheitsgurt, gekennzeichnet durch eine Druckerzeugungsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Gurtstraffvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck (P₁) in der ersten Kammer (2) mit einem Straffungsmechanismus zum Straffen des Fahrzeugsicherheitsgurtes zusammenwirkt.