DE2237461A1 - Passive sicherheitseinrichtung fuer transportmittel - Google Patents

Description

• Passive Sicherheitseintichtung für Dransportmittel Die Erfindung betrifft eine passive Sicherheitseinrichtung für Transportmittel, insbesondere Eraftfahrzeuge, die einen ein Druckgas enthaltenden Druckbehälter, eine Auslöseeinrichtung und einen aus dem Druckbehälter über einen Verbindungskanal zu füllenden flexiblen Sack besitzt, wobei der Druckbehälter eine mittels einer von der Auslöseeinrichtung gezündeten Sprengladung aflizusprengende Berstscheibe besitzt.
• Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 000 183 ist eine derartige Sicherheitseinrichtúng bekannt geworden, bei der die Öffnung des Druckgasbehälters durch eine sehr dünne Netallmembran mit einem in Strömungsrichtung dahintergesetzten Kunststoffstopfen verschlossen ist, in den die Sprengladung eingebettet ist. Beim Zünden dieser apréngladung wird der Kunststoffstopfen, der im unbetätigten Zustand die Membran abstützt und eine Verdämmung für die Sprengladung bildet, zerrissen, und die Membran wird nach innen, also entgegen der Druckrichtung des Druckgases, aufgesprengt. Der in dem Druckbehälter herrschende sehr hohe Druck und die großen Strömungsgeschwindigkeiten sorgen dann dafür, daß die eventuell abgesprengten Teile der Membran und die Xunststoffteile sowie die Reste der Sprengladung mit der außerordentlich schnellen Gasströmung in den an den Verbindungskanal anschließenden Diffusor geschossen werden und, falls sie klein genug zersplittert wurden, auch durch die Öffnungen des Diffusors in den flexiblen Sack geblasen werden. Selbst leichte Xunststoffteile können aber bei den außerordentlich hohen Geschwindigkeiten Verletzungen bei den ja zu schützenden Insassen hervorrufen. Sußerdem ist der beschriebene Öffnungsmechanismus relativ unsicher, so daßrnmer mit einer relativ großen Sprengladung gearbeitet werden muß, deren resultierende Nitrosegase dann mit dem Druckgas (meist Luft) im flexiblen Sach und somit durch Ausströmung aus diesem in den Innenraum des B>hrzeugsgelangen. Diese Gase sind aber, wenn auch nicht direkt giftig, so doch zumindest in stärkerer Eonzentration gesundheitsschädigend und erstickend.
• Es ist ferner eine Anordnung vorgeschlagen worden, bei der in dem Abschlußkopf des Druckbehälters auf einer Seite ite angrenzend an den Druckraum des Druckbehälters ein Ladungsraum angeordnet ist, der mit einer Berstmembran verschlossen ist, während auf der anderen Seite eine Berstmembran die Offnung zu dem Verbindungskanal verschließt. Zwischen beiden Lerstmembranen befindet sich ein Stößel, der bei Zündung der Sprengladung in dem Ladungsraum zuerst die erste Berstmembran aufreißt und unter Einwirkung des Stößels auch die zweite Berstmembran aufreißt. Bei dieser Anordnung sind zwei Berstmembranen notwendig, es müssen mechanisch bewegte Teile im Druckraum angeordnet werden, und die zur Betätigung erforderliche Pulverladung ist relativ groß Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sicherheitseinrichtung der obengenannten Art zu schaffen, die mit einer sehr geringen Sprengladung auskommt und trotzdem eine sehr betriebssichere und ungefährliche Öffnung des Druckbehälters gestattet.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Sprengladung in einem gesonderten Ladungsraum angeordnet ist, von dem die Sprenggase in den Verbindungskanal strömen, und daß die Sprengladung auf ein mit der Berstscheibe in Verbindung stehendes, im Verbindungskanal angeordnet es Öffnung 5-teil zum'Aufreißen der Berstscheibe in Druckrichtung der Druckgase mechanisch einwirkt.
• Dadurch, daß der Ladungsraum sich nunmehr unmittelbar zum Verbindungskanal öffnet und mit dem Druckraum keine Verbindung hat, wird nicht nur eine Berstmembran eingespart, sondern die gesamte Anordnung wird auch sicherer gegen unbeabsichtigten Druckverlust. Der Ladungsraum ist jederzeit zugänglich, und die Zündpille kann überprüft oder ersetzt werden, ohne daß Druckverluste zu befürchten sind. Vor allem ist aber die benötigte Kraft zur Öffnung der Berstscheibe geringer als bei den bekannten Ausführungen. Die Öffnung der Berstscheibe erfolgt in Richtung des Druckes des Druckgases.
• Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung besteht das Öffnungsteil aus einem Joch, auf das die Sprengladung einseitig einwirkt. Durch diese einseitige Einwirkung wird die Berstscheibe, die vorzugsweise mit einer um die Öffnung umlaufenden Sollbruchstelle versehen ist, zuerst einseitig aufgerissen und kann dann weiter aufreißen. Es ist also nicht erforderlich, die Pulverladung so groß auszulegen, daß der gesamte Materialquerschnitt der Sollbruchstelle gleichzeitig "durchschossen" werden kann, Dazu kann vorteilhaft die Öffnung des Druckbehälters und der Ladungsraum nebeneinander im Abschlußdeckel des Druckgasbehälters angeordnet sein. Durch diese Anordnung wird der Aufbau der Einrichtung vereinfacht und die Herstellung erleichtert.
• Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist der Ladungsraum vom Äußeren der Einrichtung her zugänglich. Die Sprengladung kann also jederzeit von außen her überprüft und auch eingesetzt werden. Es ist beispielsweise möglich, die Zündladung erst beim Verkauf oder eventuell auch erst nach dem Einbau in das Fahrzeug einzusetzen, um während des Transportes, der Lagerhaltung und Handhabung die Gefahr einer versehentlichen Zündung so gering wie möglich zu halten.
• Das Öffnungsteil kann vorteilhaft um einen von der Ladung des Verbindungskanals hinweggerichteten Punkt verschwenkbar sein. Hierdurch wird sichergestellt, daß das Öffnungsteil nicht den Verbindungskanal blockieren kann, und durch die von der Gasstromrichtung hinweggerichtete & hwenkung des Öffnungsteils wird jede Gefahr eines Mitreißens im Gasstrom ausgeschlossen.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt das Öffnungsteil Halteelemente, die mit dem den Abschlußdeckel und den Verbindungskanal umfassenden Kopf der Einrichtung in formschlüssigem Eingriff stehen und die Bewegbarkeit des Öffnungsteiles im wesentlichen auf seine Öffnungsbewegung begrenzen. Diese Halteelemente, die vorteilhaft durch seitlich an dem Öffnungsteil angeformte Vorsprünge gebildet sein können, die in Vertiefungen des Kopfes eingreifen, sorgen dafür, daß das Öffnungsteil mit der vorteilhaft daran befestigten Berstscheibe nicht mit dem Gasstrom gerissen werden und eventuell in den Diffusor gelangen. Es besteht also bei dieser Vorrichtung keine Gefahr, daß Teile des Öffnungsmechanismus in den flexiblen Sack gelangen und eventuell den Fahrzeuginsassen verletzen.
• Das Öffnungsteil kann vorzugsweise einen Abstützungspunkt am Kopf an seinem von dem Ladungsraum entfernten Ende besitzen, um den er bei Zündung der Sprengladung nach Art eines einarmigen Hebels unter Aufreißen der in seinem mittleren Bereich angreifenden Berstscheibe schwenkbar ist. Durch die entstehende Hebelwirkung wird der Eraftbedarf für die Öffnung weiterhin verringert, wobei zu beachten ist, daß nach einem-ersten Anrißder Sollbruchstelle sich die Hebelkraft immer weiter vergrößert, so daß sichergestellt ist, daß der gesamte Öffnungsquerschnitt in kürzester Zeit aufgerissen wird und nicht durch eine unvollständige Öffnung der Gasaustritt gedrosselt und damit der Funktionsablauf der Sicherheitsvorrichtung gestört wird.
• Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist das Öffnungsteil.ein von der Berstscheibe gesondert hergestelltes Bauteil, das mit dieser verbunden ist. Die Verbindung kann beispielsweise durch Aufstecken und/oder Löten bzw. Schweissen geschehen. Die Berstscheibe ist dabei vorzugsweise ein einstückiger Bestandteil des Abschlußdeckels. Es ist zu erkennen, daß dieses Merkmal weiter zur Vereinfachung und -gleichzeitigen Erhöhung der Betriebssicherheit der Einrichtung beiträgt. Der Abschlußdeckel kann ein vollständig geschlossenes Teil sein, das keine durch Dichtungen zu verschließenden Teile erfordert. Dies gilt insbesondere für den Fall, daß das BUllventil nach Bullung der Vorrichtung dicht verschweißt wird. In diesem Falle wird u. U. auch eine Druckanzeigevorrichtung unnötig. Es ist ferner bei Druckbehältern wüschenswert, daß sämtliche Schweißungen nur an einer Seite des Druckbehälters liegen. Fur den ganzen Druckbehälter einschließlich seines Kopfes ist lediglich eine Ringschweißnaht zwischen Kopf und der Wandung des Druckbehälters erforderlich.
• Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Abschlußdeckel die Berstscheibe, den Ladungsraum, den Füllanschluß und gegebenenfalls einen Anschluß für eine Druckanzeigevorrichtung besitzt. Diese Zusammenfassung aller Funktionselemente in einem einzigen Bauteil erleichtert die Herstellung und die Montage.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen teilweise abgebrochenen Längsschnitt durch einen Druckbehälter mit Diffusor einer Sicherheitseinrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 einen Teilschnitt nach der Linie II - II in Fig. 1 und Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Kopf der Einrichtung in betätigtem Zustand.
• In Fig. 1 ist der Druckbehälter 11 einer passiven Sicherheitseinrichtung vom "air bag-System dargestellt. Er besteht aus einer Druckbehälterwandung 12, die aus Blech einstückig geformt ist und die Form einer einseitig kuglig geschlossenen langgestreckten Hülse hat. An ihrer Öffnung ist ein Kopf 13 angebracht, der aus einem Abschlußdeckel.14 und einem Verbindungs-Kanalaufsatz 15 zusammengesetzt ist. Der Abschlußdeckel 14 ist mit der Druckbehälterwandung 12 mittels einer dichten Ringschweißnaht 16 verschweißt.
• Der Abschlußdeckel 14 enthält die Öffnung 17 des Druckbehälters, die jedoch durch eine Berstscheibe 18 verschlossen ist. Die Berstscheibe 18 ist in den Abschlußdeckel 14 nicht nachträglich eingesetzt, sondern ist einstückig mit diesem hergestellt und lediglich durch innere und äußere Ringkerben, die eine um die Berstscheibe ganz umlaufende Sollbruchstelle 19 bilden, gegenüber dem Abschlußdeckel abgegrenzt. Die Sollbruchstelle ist also ohne die Notwendigkeit von Dichtungen etc. absolut dicht. In den Abschlußdeckel 14 ist ferner ein Ladungsraum 20 eingeformt, der die Form zweier sich kreuzender Bohrungen hat, von denen die eine zur Seite ite aus dem Abschlußdeckel 14 hinausweist und somit von außen zugänglich ist, während die zweite Bohrung zu einem Verbindungskanal 21 hin weist, der die Verbindung zwischen der Öffnung 17 und einem in der Zeichnung angedeuteten Diffusor 22 herstellt. Der Verbindungskanal 21 wird auf der einen Seite vom Abschlußdeckel 14 und auf den übrigen Seiten vom Verbindungskanalaufsatz 15 begrenzt. Seine Mündung 22 weist seitlich aus dem Kopf 13 heraus und liegt an dem von der zum Druckbehälter außermittig versetzten Öffnung 17 entfernten Ende des Kopfes 13.
• In den Ladungsraum 20 ist eine Sprengladung 2.3 eingesetzt, die über die erwähnte nach außen gerichtete seitliche Öffnung eingesetzt oder ausgewechselt werden kann. Diese Öffnung ist mittels einer Madenschraube 24 verschlossen, durch die eine elektrische Leitung 25 führt, die an die nicht dargestellte Auslöseeinrichtung angeschlossen ist.
• Die zum Verbindungskanal 21 hinweisende Öffnung 26 des Ladungsraumes 20 ist mittels eines manschettenförmigen Kolbens 27 verschlossen, der als Abschlußorgan und Verdämmung für die Sprengladung 23 dient. Er stützt sich an einem Öffnungsteil 28 ab, und zwar im Bereich eines Endes dieses jochförmigen Öffnungsteiles. Das relativ massive Öffnungsteil28, dessen Einzelheiten auch aus Fig. 2 zu erkennen sind, besitzt in seinem Mittelbereich (etwas von dem soeben erwähnten Ende entfernt) einen Durchbruch 29, in den ein Stift 30 passend hineinragt, der an dem die Berstscheibe 18 bildenden Teil des Abschlußdeckes 14 außen angeformt ist. Der Stift 30 ist in dem Durchbruch 29 hart verlötet.
• Das Öffnung steil 28 ragt über die Berstscheibe 18 hinweg und liegt derart am Abschlußdeckel 14 an, daß es mit seinem von dem Kolben 27 entfernten Ende einen Abstützungsplxnkt 31 an dem Abschlußdeckel 14 bildet.
• Wie in Fig. 1 angedeutet und in Fig. 2 dargestellt, besitzt das Öffnungsteil seitlich zu seiner in den Figuren senkrechten Längserstreckung auf beiden Seiten vorstehende Vorsprünge, die Halteelemente 32 darstellen. Diese ragen in Ausnehmungen 33 in den Verbindungskanalaufsatz 15 hinein und verhindern somit, daß das Öffnungsteil in den Figuren nach oben herausgezogen werden kann. Aus Fig. 2 ist auch zu erkennen, daß der Verbindungskanalaufsatz mittels Bolzen 34 mit dem Abschlußdeckel 14 verschraubt ist. Es ist ferner zu erkennen, daß in dem Abschlußdeckel seitlich von dem Ladungsraum 20 ein Anschluß 35 für einen Neßfühler und ein verschweißbares Ftillventil 36 vorgesehen sind. Damit sind alle spanabhebend zu bearbeitenden Teile des Druckbehälters in dem Abschlußdeckel 14 zusammengefaßt.
• Die Fig. 1 und 2 zeigen die betriebsbereite Vorrichtung, während die Fig. 3 die Vorrichtung nach der Betätigung zeigt. Wenn das mit der passiven Sicherheitseinrichtung ausgerüstete Fahrzeug einen gefährlichen Unfall erleidet, d. h. einer gewissen Verzögerung ausgesetzt ist, so-gibt die Auslöseeinrichtung über die Leitung 25 den Auslöseimpuls an die Sprengladung 23. Diese wird gezündet und treibt den Kolben 27 in Fig. 1 nach rechts. Dabei wird das Öffnungsteil 28 im Uhrzeigersinne in den Verbindungskanal 21 hinein verschwenkt, wobei die Schwenkung um den Abstützungspunkt 31 herum erfolgt. Dadurch wird die Sollbruchstelle 19 der. Berstscheibe zuerst an dem dem Ladungsraum 20 nächstliegenden Punkt aufgerissen und reißt dann weiter rund um die Berstscheibe 18 auf, wobei sich die Hebelwirkung ständig vergrößert. Es ist zu erkennen, daß der manschettenförmige Kolben dafür sorgt, daß über einen bestimmten, zum Aufreißen der Berstscheibe ausreichenden Weg der Druck der Sprengladung auf das Öffnungsteil 28 übertragen wird. Die Halteteile 32 verhindern, daß das Öffnungsteil 28 aus der Mündung 22 des Verbindungskanals 21 herausgerissen wird. Diese Halteelemente brauchen jedoch normalerweise nicht wirksam zu werden, da die Schwenkung des Öffnungsteils 28 in eine Schwenkrichtung erfolgt, die der Strömungsrichtung entgegengesetzt ist. Nach der Betätigung nimmt dann das Öffnungsteil 28 die in Fig. 3 dargestellte Lage ein. Es ist zu erkennen, daß bei dieser Lage keine Gefahr besteht, daß das Öffnungsteil sich, vom Gasstrom bewegt, in Richtung auf die Mündung bewegen könnte.
• Es sei bemerkt, daß der Kolben 27, der sehr leicht ausgebildet sein kann, auch durch eine entsprechende Anformung an dem Öffnungsteil 28 gebildet werden kann, so daß auch hier keine Gefahr mehr besteht, daß er über den Diffusor in den Fahrzeuginnenraum gelangen könnte.
• Die beschriebene Anordnung hat ferner noch den Vorteil, daß das Öffnungsteil 28 die abgerissene Berstscheibe festhält, so daß sie nicht mit dem Gasstrom fliegen kann und dort Beschädigungen verursachen oder, was die Funktion erheblich beeinträchtigen würde, Auslaßquerschnitte verschließen könnte. Durch die Erfindung wird ein auf Jahre hinaus absolut dichter Druckbehälter geschaffen, der nach der Füllung vollständig verschweißt werden kann. Alle bearbeiteten Teile, Funktionsteile und Schweißstellen liegen auf einer Seite des Behälters, so daß auch sämtliche Sicherheitsanforderungen erfüllt werden können. Die Sprengladung bzw. Zündpille kann nachträglich von außen eingesetzt oder ausgetauscht werden. Ihre Sprengkraft braucht nur sehr gering zu sein. Alle diese Vorteile sind bei dem Verschluß eines in einem Fahrzeug unter stark wechselnden Temperaturbedingungen transportierten Druckbehälters, der immerhin Druckluft von etwa 300 bis 360 atü beinhaltet, außerordentlich wertvoll. Die zwangsweise Öffnung der Berstscheibe verringert die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit bei der Herstellung der Berstscheibe, wobei zu berücksichtigen ist, daß nur noch eine einzige Berstscheibe pro Einrichtung notwendig ist.

Claims (12)

A n s p r ü c h e

1. Passive Sicherheitseinrichtung für Transportmittel, insbesondere Kraftfahrzeuge, die einen ein Druckgas enthaltenden Druckbehälter, eine Auslöseeinrichtung und einen aus dem Druckbehälter über einen Verbindungskanal zu füllenden flexiblen Sack besitzt, wobei der Druckbehälter eine mittels einer von der Auslöseeinrichtung gezündeten Sprengladung aufzusprengende Berstscheibe besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengladung (23) in einem gesonderten Ladungsraum (20) angeordnet ist, von dem die Explosionsgase in den Verbindungskanal (21) strömen, und daß die Sprengladung-(23) auf ein mit der Berstscheibe (18) in Verbindung stehendes, im Verbindungskanal (21) angeordnetes Öffnungsteil (28) zum Aufreißen der Berstscheibe (18) in Druckrichtung des Druckgases mechanisch einwirkt.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnungsteil (28) aus einem Joch besteht, auf das die Sprengladung (23) einseitig einwirkt.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstscheibe (18) mit einer um die Öffnung (17) des Druckbehälters (11) umlaufenden Sollbruchstelle (19) versehen ist.

4. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (17) des Druckbehälters (11) und der Ladungsraum (20) nebeneinander im Abschlußdeckel (14) des Druckbehälters (11) angeordnet sind.

5. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsraum (20) vom Äußeren der Einrichtung her zugänglich ist.

6. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnungsteil (28) Halteelemente (32) besitzt, die mit dem den Abschlußdeckel (14) und den Verbindungskanal (21) umfassenden Kopf (13) der Einrichtung in formschlüssigem Eingriff stehen und die Bewegbarkeit des Öffnungsteils (28) im wesentlichen auf seine Öffnungsbewegung begrenzen.

7. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnungsteil (28) um einen von der Mündung des Verbindungskanals (21) hinweggerichteten Punkt (31) verschwenkbar ist.

8. Sicherheitseinrichtung näch Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (32) durch seitlich an dem Öffnungsteil (28) angeformte Vorsprünge gebildet sind, die in Vertiefungen (33) des Topfes (13) eingreifen.

9. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnungsteil einen Abstützungspunkt (31) am Kopf (13) an seinem von dem Ladungsraum (20) entfernten Ende besitzt, um den er bei Zündung der Sprengladung (23) nach Art eines einarmigen Hebels unter Aufreißen der in seinem mittleren Bereich angreifenden Berstscheibe (18) schwenkbar ist.

10. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnungsteil (28) ein von der Berstscheibe (18) gesondert hergestelltes Bauteil ist, das mit dieser verbunden ist.

11. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstscheibe (18) einstückiger Bestandteil des Abschlußdeckels (14) ist.

12. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußdeckel (14) die Berstscheibe (18), den Ladungsraum (20), den BEllanschluß (36) und gegebenenfalls einen Anschluß (35) für eine Druckanzeigevorrichtung besitzt.