DE3147780A1

DE3147780A1 - Passive einspann- und aufprallsicherungsvorrichtung fuer kraftfahrzeuginsassen mit einem durch einen stroemungsmittelgenerator aufblasbaren kissen bzw. luftsack

Info

Publication number: DE3147780A1
Application number: DE19813147780
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Firestone Tire and Rubber Co
Current assignee: ZF Passive Safety Systems US Inc
Priority date: 1981-02-26
Filing date: 1981-12-03
Publication date: 1982-09-09
Also published as: CA1183884A; DE3147780C2; US4394033A; JPS6349659B2; JPS57144152A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine passive Einspann- und Aufprallsicherungsvorrichtung für Kraftfahrzeuginsassen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte passive Einspann- und Aufprallsicherungsvorrichtung, um Kraftfahrzeuginsassen vor Unfällen zu bewahren, besitzt eine aufblasbare Hülle bzw. Sack oder Kissen, das bzw. die im Falle einer Kollision durch ein Inertgas gefüllt wird, welches durch die gesteuerte Zündung bzw. Verbrennung einer festen Chemikalie erzeugt wird.

Während relativ kompakte Gaserzeugungseinheiten verwendet werden, um den Fahrer infolge eines Aufprallunfalls zu sichern bzw." einzuspannen, werden größere zylindrische Generatoren für die Insassenseite verwendet, die Mittel einsetzen, um das erzeugte Gas zu verteilen, bevor der Sack aufgeblasen wird.

Typischerweise umfaßt der Generator einen chemischen . Haupt er zeuger .oder Treibmittel in z.B. gepresster ,-■palettisierter Form, das in einem zylindrischen Kanister verpac-kt und von einer Zündladung umgeben ist. Eine Zünd-. vorrichtung spricht dann auf ein Signal eines Kollisionssetiaors an und bewirkt über eine Zündleitung innerhalb der Zündladung die Zündung, die

wiederum die Zündung des Treibmittels hervorruft. Das . durch das Treibmittel erzeugte Gas wird gefiltert, abgekühlt und durchläuft .öffnungen in einem es umgebenden .XiaüdifL'usor bis hin zum Aufprall-Sicherheitskissen typischerweise einem engmaschigem Nylonsack.

Das Volumen, der Druck und die Temperatur des Gases an verschiedenen Stufen während des sehr kurzen Zeitintervall s zwischen Wahrnehmung des Zusammenstoßes und der 3b vollständigen Entfaltung deü Kissens, sowie die Geschwindig-

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kelten der Zündung, der Verbrennung' und der Gaserzeugung können entsprechend durch im Stand der Technik gut bekannte Mittel gewählt werden.

Es ist bekannt, daß im allgemeinen, während die Umgebungstemperatur steigt, die Verbrennungsgeschwindigkeit eines festen Treibmittels'dazu neigt, ebenfalls anzusteigen. Der Effekt dieses Anstieges in der Verbrennungsge.schwindigkeit' liegt darin, daß die Gase mit einer sehr viel größeren vqlumetrischen Geschwindigkeit hergestellt werden. Konsequente.rweise arbeitet das System bei höherer Umgebungstemperatur mit höheren Drucken und die Entfaltungs-. geschwindigkeit des Kissens bzw. Luftsacks steigt ebenfalls.

.15 Zusätzlich nimmt das Volumen des zugeführten Gases zu, wenn das Treibmittel und der Filter erhitz-t werden und .die Temperatur ansteigt. Es ist deshalb wünschenswert, daß der zugeschnittene bzw. ausgewählte Betrieb des Gasgenerators so gleichförmig wie möglich abläuft, sowohl unter heißen als auch unter kalten Umgebungstemperaturen, d.h. mit einer minimalen Abweichung zwischen denjresultierenden heißen und kalten Betriebsbedingungen.

01.wohl es bekannt ist, so z.B. aus der US-PS 4 191 392 von Barnett, eine Belüftung an einem Ende des Gasgenerators vut'zuaeht'n, um zu verhindern, daß sich ein Gasdruck an dem Ende'aufbaut, wird der Druck durch eine derartige Belüftung lediglich umdirigiert, so daß er immer noch in das Kissen -eintritt, jedoch eher durch die Belüftung am Ende des Generators, als durch die öffnungen im Diffusor.

Eine derartige Belüftung zieht jedoch nicht die sich ändernden Bedingungen der Umgebungstemperatur und der Gasflußgeschwindigkeit in Betracht,.die in dem besonderen Moment der Zündung auftreten können.

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'.'.ιι:;.ίιιιιιιι'πΓ.·ι:.ι::ι-Π(Ι 1 (oat die vor-lii;j.',cnHe KrfinduriK daa üb Ige Problem, indem ein Gasgenerator^ vorgesehen wird, der ' Temperaturkompensationsmittel besitzt, um einen steigenden Anteil des Gasvolumens nach außen abzuleiten,

•5 d.h. aus dem Kissen heraus, während die\ Umgebungstemperatur zunimmt. Dementsprechend wird auf dem Generator ' eine Kappe oder ein Konus vorgesehen, dessen Flexibilität sich mit der. Temperatur verändert und der sich unter Ansprechen auf den Druck bei einer Steigerung in der Temperatur zunehmend öffnet. Auf diese Art und Weise wird die Punktionsveränderung zwischen heißem und kalten Betrieb miniiiiiort. .

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. ' ·

Es zeigt: ' '

Fig.- 1 eine schematische Seitenansicht des Vordersitzes eines Kraftfahrzeugs, wob"ei der Generator mit dem damit verbundenen auf-" geblasenen Kissen an seinem Platz gezeigt ist,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Teils des Gasgenerators, in dem Äugenblick vor der Zündung,

' ' ·

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, bei der jedoch die EntLüftungswirkung durch den Endkonus der Erfindung nach der Generator- _, ' zündung gezeigt wird, ■

Fig. k eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht,-bei der

'jedoch der erfindungsgemäße. Entlüftungskonus gezeigt wird, wie er sich wieder" einsetzt, und ■ '..'-■

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die einen Ver-

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gleich der erfindurigagemäßen mit i (irtuleii Vorrichtung mit einer uribelüfteten Steuerunguvorrichtung zeigt.

Figur 1 zeigt allgemein den Einsatzbereich der vorliegenden Erfindung, bei der ein Generator 10 im Querschnitt innerhalb des vorderen Abschnitts eines Kraftfahrzeuges 12 gezeigt wird, und wobei das zugehörige Kissen 14 im aufgeblasenen Betriebszustand vorliegt.

. Wie in Fig. 2 gezeigt wir.d, umfaßt der Generator 10 eine generell zylindrische Aufblasvorrichtung 16, die innerhalb eines Diffusors angeordnet ist, wobei beide hinsichtlich ihrer Länge mehrfach größer als ihr Durchmesser sind.

■ Eine Zündschnur 20 erstreckt sich axial in der Mitte der ' Aufblasvorrichtung 16 und kann durch den Zünder oder Detonator 24 gezündet werden, nach der Aktivierung durch die elektrischen Drähte 22. Der Zünder ist dux'ch die Platte 21 von der Schnur 20 getrennt. Die Zündschnur 20 wird vom Zündstoff 26 umgeben, der aus Pellets 28 besteht, die eine sehr schnell verbrennende Chemikalie .innerhalb eines perforierten Zündstoffgehäuses· oder Rohres 30 aufnehmen. Eine Zündstoffrohrendkappe 31 und eine Gummi-" tülle 33 lokalisieren das Ende der Schnur 20.

Das Haupttreibmittel umfaßt Pellets 3?> die um das Zündstoffrohr. 30 herum und innerhalb eines rohrförmigen Treib-.,mittelkanisters 36 angeordnet sind. Typischerweise werden ' derartige Treibmittelpellets aus. Granulaten einer gaserzeugenden Verbindung gepresst, die zum Beispiel Natriumazid und ein Metalloxid umfassen. Zwischen dem Treibmittelkanister 36 und einem äußeren Gehäuse 38 der Aufblasvorrichtung, das bei 48 perforiert ist, wird ein ringförmiger Filter 40 angeordnet, um unwünschenswerte Materialien aus den Ver-

bi'('nnuri[iL-.[)i'CKiukten, die während der Zündung entstehen, fernzuhalten. Derartige Filter sind gut bekannt und können Kombinationen von perforiertem Metall, Glasfaser, Stahlwolle und Siebe etc. umfassen.

Die Enden des Gehäuses 38 der Aufblasvorrichtung, das im allgemeinen aus leichtem Metall besteht, sind "radial nach innen gerichtet, wie es bei 46 gezeigt ist und stehen in dichtendem Eingriff mit der Gehäusekappe 50 der Aufblasvorrichtung, die das Zündgehäuse 52 aufnimmt und gleichzeitig die Teile der Aufblasvorrichtung l6 abdichtet.

Das Gehäuse 38 der Aufblasvorrichtung wird umgeben durch einen zylindrischen Metalldiffusor 18 mit Perforationen 5^4, die ihn umfangsmäßig und der Länge nach _umgeben und Zugang zum Inneren des Kissens 14 herstell-en, das ein feinmaschiges Material umfassen kann und wird durch ein ■ nicht gezeigtes Mittel gegen die Außenfläche des Diffusors nahe seinem Ende 60 abgedichtet.

Am Ende 60 des Diffusors 18 ist seine Kante 62 mit ■einem Beliiftungskonus oder einer.Kappe 64 in Eingriff. Der Konus 64 umfaßt eine radiale Scheibe oder einen Stegteil 66, der bei 68 eine Öffnung besitzt, so daß er an einem Teil der Gehäusekappe 50 der Aufblasvorrichtung . •anliegt und zwischen der Gehäusekappe 50 und dem'Zünilurii'-.üKehiiiiüe'52 festgehalten wird. Der Konus "64 besteht aus einem Material, dessen Flexibilität mit der Temperatur -zunimmt. .

" Die Scheibe 66 endet an ihrer äußeren radialen Kante in einem ri.rigrörmigen Randteil 74. Dieser Teil des Randes, ■_ der an den Diffusorzylinder angrenzt, ist axial und radial eingekerbt, wie es bei 76 ersichtlich ist', um die Diffusorkante 62 dichtend aufzunehmen. Radial nach innen- von der

Kerbe 76 ist eine ringförmige Lippe 78 angeordnet, die gleitend zwischen der radialen Innenfläche des Diffusors 18 und der radialen Außenfläche des Gehäuses 38 der Aufblasvorrichtung eingepaßt ist. 5

Am gegenüberliegenden Ende des Generators kann das Ende 61 de3 Diffusors 18 laugen eineri Teil dea Trüge.rgehäuses 100 mittels eines Schraubbolzens 102 und einer Mutter 104 auf dem Gehäuse 38 der Aufblasvorrichtung gezogen werden, und so die Wand des Kissens 14 einspannen . und abdichten. Der größere Teil des Generators 10 ist auf diese Art und Weise innerhalb des Kissens 14 angeordnet, wobei sich der Belüftungskonus 64 außerhalb des Kissens erstreckt.

Zusätzliche Bolzen-Mutter-Kombinationen, die nicht gezeigt sind, können dazu beitragen, den Generator zu befestigen.

Im folgenden soll der Betrieb der eri'indungageinäßen ■ Vorrichtung beucht· !.eburi wcfdun.

Eine Sensorvorrichtung für den Zusammenstoßfall wird mittels Drähten 22, dem Zünder 24 und der Zündschnur 20 * die Zündstoffladung 28 zünden, die wiederum das Haupttreibmittel 32 zündet. Die durch die Zündung und die anschließende Verbrennung erzeugten Gase strömen durch den Filter 40 nach außen, wo unwünschenswerte Gase ent-.-» fernt werden. Das gereinigte und aus dem Filter 40 austretende Gas tritt in das Gehäuse 38 der Aufblasvorrichtung durch die Perforationen bzw. Löcher 48 ein μηα strömt in die Kammer 49 zwischen dem Qehiiuao 38 und dem Di !Timor • 18,

. Das Gas innerhalb der Kammer 49 versucht -dabei durch die

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Π i LTuuorperfurationen 54 auszutreten, während es ebenfalls rixial gegen die Entlüftungskonuslippe 78 und den Konussteg 66 drückt. ■

Wenn die Vorrichtung im höheren Temperaturbereich arbeitet, mit der entsprechend gesteigerten Verbrehnungsge-. _ schwindigkeit des Treibmittels und der gesteigerten volu-, metrischen Geschwindigkeit der Gasherstellung, werden' derart höhere Temperaturen, die Flexibilitäts- bzw. Elastizitätstendenz des Konussteges 66 erhöhen und einen · erhöhten Druck in der Kammer '49 ermöglichen, um die Kerbe 76 des Randes 74 axial aus.ihrer normalen Dichtungsstellung gegen die-Diffusorkante 62 zu bewegen.

I¹) ^o lauge ύον Druck innerhalb des Diffusora 18 größer

bleibt als das Verhältnis zwischen der auf die. Entlüftungskonuslippe 78 und ihren freigelegten Ringbereich, wir-' kende Kraft, wird der Belüftungskonus 64 - wie in Fig. 3 'gezeigt - offen bleiben. Zu dem Zeitpunkt, wo der Druck gleich oder geringer wird als dieses Verhältnis, wird der Konus sich schließen, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist..

Auf diese Art und Weise kann ein gewisser Anteil des ' erhöhten Gasvolumens aus dem Generator austreten' bzw. aus dem Kissen Ί4 austreten, während der übrige Teil durch die Perforationen 54 austritt,um das Kissen zu fü LIiMi. . -

.,. Das Material des Konus 64 und seine physikalischen Abmessungen sind derart gewählt, daß eine Belüftungsvorriehtung geschaffen wird,die ihren Dichtungssitz leichter bei höheren Temperaturen als bei niedrigen verläßt. Dementsprechend bleibt der Konus bei niedrigen Temperaturen an seiner Dichtungsstelle gegen die Kante 62, öffnet sich jedoch von der Art her als Drucksicherheitsentlastungs-

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ventil, um Gas in erhöhten Mengen bei höherer und noch höheren Temperaturen ausströmen zu lassen.

Kig. 5 ist eine graphische Darstellung, in der Latsöch- 'j ' liehe Versuchswerte aufgeführt sind, die die Wirkung der erfindungsgemäßen Belüftungskonus-Aufblasvorrichtung, die in durchgehenden Linien dargestellt ist, mit denen der unbelüfteten Aufblasvorrichtungen, die in gestrichelten Linien dargestellt sind, vergleicht. Die Vorrichtungen wurden jeweils in einem 292 ooo cm³ Versuchstank angeordnet, der das Kissen simuliert, wobei Teäinstrumente ■ vorgesehen wurden, um den Gasdruck in kPa vom Augenblick der Zündung bis über 100 Millisekunden (ms) hinaus aufzuzeichnen. Während die gesamte Vorrichtung ohne Belüftung

15■ innerhalb des Versuchstanks angeordnet wurde, wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Belüftung iuit dom Diffusorende 60 außerhalb des Versuchstanks bzw. -behälters · angeordnet. Es sollte erwähnt werden, daß l4o kPa den Behälterdruck darstellen, was einer vollständigen Kissenentfaltung entspricht.

Um die Überlegenheit der vorliegenden Erfindung aufzuzeigen, wurde jede Vorrichtung zuerst mindestens 4 Stunden lang bei einer besonderen Temperatur stabilisiert:

Diejenigen, die in den Α-Kurven verglichen werden, wurden •auf eine Temperatur von -28,9°C abgekühlt, die B-Kurven-Vorrichtungen wurden auf Raumtemperatur von 21,1° C gebracht; und diejenigen der C-Kurven wurden auf 82° C er-• -■ wärmt.

Die drei Kurven für die erfindungsgemäße Vorrichtung liegen innerhalb eines sehr eng begrenzten Bereiches. Mit einer belüfteten kalten Vorrichtung weicht die Zeit von' der Zündung bis ein Behältergasdruck von 1*10 kPa erreicht -wird, lediglich um 12 ms von derjenigen für eine belüftete

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heiße Vorrichtung ab; die Vorrichtung ohne Entlüftung besitzt hingegen eine Abweichung von 26 ms.

Es ist ersichtlich, daß mit dem erfindungsgemäßen Generator die Betriebsdrücke innerhalb von annähernd . 42 ms in einer heißen Vorrichtung erreicht werden, und innerhalb von ungefähr 54 ms in einer kalten Vorrichtung. Bei der Steuerungsvorrichtung des Standes der Technik wird das 140 kPa-Niveau in ungefähr 27 ms 1Ü . erreicht, wenn heiße Bedingungen vorliegen, jedoch nicht vor 53 ms, wenn kalte vorliegen.

Für die Vorrichtung ohne Entlüftung ist aus den Kurven der Fig. 5 ersichtlich, daß die maximale Heiß-Kalt-Au sgangsdruckdifferenz, die etwa am 40 ms-Punkt liegt, etwa 100 kPa beträgt, was annähernd 40 $«· des maximalen Tankdrucks von 246 kPa bei Raumtemperatur darstellt. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Entlüftung ist das Verhältnis der maximalen Differenz zwischen heißen . und kalten -Drücken zum maximalen Behälterdruck bei Raumtemperatur ersichtlich weniger als die Hälfte der obigen Prozentangabe. Da ein ideales System zwischen heißen und kalten Betriebsbedingungen keine Druckdifferenz bzw. einen.Null-Prozentwert haben würde, zeigt die niedrigere Prozentangabe der erfindungsgemäßen Vor- ·· richtung eine Verbesserung an. · ·

Eine typische versuchsgemäße Vorrichtung war etwa 55^cm ^ lanκ und besaß einen Durchmesser von 8 cm.

Das Zündungssystem besteht aus einer Zündschnur 20, wie sie z.B, von Explosives Technology, Fairfield, Kalifornien, unter der Bezeichnung ITLX hergestellt wird; die Schnur wird z.B. durch einen Titan-Kaliumchlorät-Zünder 24 gezündet, wie er von Imperial Chemicals Industries

hergestellt wird. Das Zündstoffgemisch umfaßt Natriumazid und Kaliumperchlorat, aus dem Pellets bzw. Kügelchen 28 gebildet werden, die in der perforierten Hülle 30 enthalten sind. Das Treibmittel 32 besitzt ebenfalls Pelletform bzw. die Form von Kügelchen, die Natriumacid und Eisenoxid enthalten.

Der Hntlüftungakonus 6H bestand :iuu Nyluii, dessen Uloy; eine Dicke von ungefähr 6 ram besaß; wobei der ringförmige Randteil 7'· eine Dicke von ungefähr 7 nun aufwies. Der .Konusdichtungsteil, der an das axiale Ende 62 des Diffusors 18 angrenzt, besitzt einen Bereich von ungefähr 10 cm² im Vergleich zum Gesamtbereich sämtlicher Diffusorentlüftungsöffnungen von etwa 15 cm². Wennder Gasdruck derart ansteigt, daß er den Entlüftungskonus aus seinem Paßsitz bewegt, wird der Belüftungsbereich um etwa 67 % gesteigert.

Der Entlüftungskonus kann aus anderen Materialien liergestellt werden, z.B. Polyester; es dürfte einleuchten, daß unterschiedliche Entlüftunijijcharukl.er ΐsLiken dadurch erzielt werden können, daß das Material , die I'Orm oder die Abmessungen des Konus verändert werden; ebenso wie durch Veränderung der zur Aufblasvorrichtung gelieferten Drucke durch Veränderungen der Zündungs- und Treibmittelchemie sowie im Filter-, Kanister-, Gehäuse- und Diffusor-Aufbau.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

( 1. ) Passive Einspann- und Aufprallsicherungsvorrichtung !"ür Kraftfahrzeuginsassen mit einem durch einen Strömungsmittelgenerator aufblasbaren Kissen bzw. Luftsack,
gekennzeichnet durch Mittel, die überschüssiges Strömungsmittel aus dem Kissen ausströmen lassen bzw. entlüften.'

->2. Passive Einspann- und Aufprallsicherungsvorrichtung für Kraftfahrzeuginsassen mit einem durch einen Strömungsmittelgenerator aufblasbaren Kissen bzw. Luftsack,
gekennzeichnet durch Entlüftungsmittel, die auf dem Gener.ator außerhalb des Kissens angeordnet sind.

Passive Einspann- und Aufprallsicherungsvorrichtung

für Kraftfahrzeuginsassen, gekennzeichnet durch

a) ein aufblasbares Kissen bzw. Luftsack,

b) einen Stroraungsmittelgenerator, der betriebsmäßig mit dem-Kissen verbunden ist,

c) Mittel, um den Generator zu' zünden und ein' Strömungsmittel zum Aufblasen zu erzeugen,

d) Eritlüfturigsöffnungen im Generator, die den Fluß des StroniuriKumitters zum Aufblasen ins Kissen leiten und
e) 'Entlüftungsmittel, die auf eine Steigerung der

Betriebstemperatur ansprechen und überschüssiges -Strömungsmittel aus dem Generator und aus dem Kissen heraus ' · ausströmen zu lassen. ■ ■

4. Passive Einspann- und Aufprallsicherungsvorrichtung

nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß " das Entlüftungsmittel ein elastisches bzw. federndes Konusteil mit automatischer Rückstellung ist.

5. Passive Einspann- und Aufprallsicherungsvorrichtung x. für KraftPahrzeuginsassen, gekennzeichnet durch:

α) ein aufblasbares Kissen, - ·

b) ein länglicher, etwa zylindrischer Strömungsmittel- . generator,.der betriebsmäßig mit dem Kissön verbunden

ist,- . . ■

c) Mittel, uin den Generator zu zünden und Strömungsmittel zum Aufblasen zu erzeugen, ·

" d) Ent.lüftungsöffnungen im Generator, die den Flu*ß des Strö-

mungamittels zum Aufblasen in das Kissen leiten, •30 und

e) Entlüftungsmittel, die koaxial zum Generator angeordnet sind, mit 'einer flexiblen Fläche bzw. Steg ._} der in einem sich axial erstreckenden Rand endet und etwa • · axial auf. einet· Stellung, die das Ende desGenerators ab- ·· V;> üiihJifüt, bit; zu einer geöffneten Stellung unter An-

sprechen auf'überschüssigen Druck des Inflationsströraungsmittels beweglich ist.

6. Passive Einspann- und Aufprallsicherungsvorrichtung -nach· Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Entlüftungsmittel das Ausströmen einer gewissen Menge an Strömungsmittel bewirkt, die mit steigenden Betriebsbcdinguncan zunimmt.

7· Passive Einspann- und Aufprallsicherungsvorrichtung

für Kraftfahrzeuginsassen, gekennzeichnet durch • a) ein aufblasbares Kissen, ■ b) einen Gasgenerator mit ■ · 1..einer Aufblasvorrichtung,
2. einem Treibmittel in der Aufblasvorrichtung,
3. Mittel zum Zünden des Treibmittels, <

4. einem Diffusor, der die Aufblasvorrichtung umgibt, und

5. Entlüftungsöffnungen im Diffusor, die mit dem Innerem - . ; des Kissens kommunizieren, und

CJ nachgiebige bzw. elastische Mittel; die den Generator' . ' ' außerhalb des Kissens entlüften.

8. Passive Einspann- und Aufprallsicherungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein größerer Teil des Generators innerhalb des Kissen angeordnet ist, und daß das Entlüftungsmittel außerhalb des Kissens

. liegt.

Beschreibung: