PL174615B1

PL174615B1 - Tkanina niepowlekana do wytwarzania poduszki gazowej do mechanicznego systemu zabezpieczenia pasażera w pojazdach

Info

Publication number: PL174615B1
Application number: PL93317946A
Authority: PL
Inventors: Norbert Ellerbrok
Original assignee: Trw Repa Gmbh
Priority date: 1992-11-27
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 1998-08-31
Also published as: EP0728625A1; KR0174735B1; DE4327649A1; KR950703456A

Abstract

1. Tkanina niepowlekana do wytwarzania poduszki gazowej do mechanicznego systemu za- bezpieczenia pasazera w pojazdach, znamienna tym, ze ma karbowane nitki osnowy (30) i karbo- wane nitki watku (32) o róznej rozszerzalnosci nitek i przez to rózna powierzchnie przekroju dla przeplywu gazu, przy czym rozszerzalnosc nitek os- nowy (30) i nitek watku (32) jest okreslona przez, zalezny od geometrii poddawanej odksztalcaniu tkaniny stosunek naprezenia w kierunku nitek osnowy (30) tkaniny do naprezenia w kierunku nitek watku (32) tkaniny. Fig. 7a PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest tkanina niepowlekana do wytwarzania poduszki gazowej do mechanicznego systemu zabezpieczania pasażera w pojazdach.

W celu uniknięcia trudności, jakie występują przy stosowaniu poduszek gazowych w tradycyjnym wykonaniu, sporządzanych z tkaniny poliamidowych, powleczonych po stronie wewnętrznej kauczukiem butylowym, stosuje się do wytwarzania poduszek gazowych według propozycji zawartej w opisie patentu europejskiego nr 0 454 213 niepowlekane tkaniny włókiennicze. Wymagana niska przepuszczalność gazu przez tkaninę może być osiągnięta przez zagęszczenie jej, zwłaszcza przez kurczenie, termostabilizowanie i kalandrowanie tkaniny. Przez stosowanie niskokurczliwych nici w dolnej części poduszki gazowej i wysokokurczliwych nici w górnej części poduszki gazowej można osiągnąć to, że po nadmuchaniu poduszki przepuszczalność gazu przez dolną jej część jest większa niż przez górną część, tak że po zderzeniu pasażera pojazdu z poduszką wypływa z poduszki określona ilość gazu. Okazało się jednak, że przy produkcji seryjnej przepuszczalność gazu przez niepowlekaną tkaninę podlega dużym wahaniom. Dlatego więc poszczególne części tkaniny poduszki gazowej, które powinny różnić się od siebie przepuszczalnością dla gazu, muszą być wytwarzane z tkanin różnych typów, zwłaszcza z typów tkanin o różnej gęstości nici i z typów przędzy z włókien ciągłych o różnej kurczliwości. Stosowanie różnych typów tkanin do wytwarzania jednej poduszki gazowej jest jednak problematyczne, gdyż szwy połączeniowe między różnymi typami tkanin mają zmniejszoną wytrzymałość konstrukcyjną i w produkcji seryjnej są trudne do wykonania.

W rozwiązaniu według wynalazku, tkanina niepowlekana do wytwarzania poduszki gazowej do mechanicznego systemu zabezpieczania pasażera w pojazdach, charakteryzuje się tym, że ma karbowane nitki osnowy i wątku o różnej rozszerzalności nitek i przez to różną powierzchnię przekroju dla przepływu gazu, przy czym rozszerzalność nitek jest określona przez, zależny od geometrii poddawanej odkształcaniu tkaniny, stosunek naprężenia w kierunku nitek osnowy tkaniny do naprężenia w kierunku nitek wątku tkaniny.

Korzystnie,' przynajmniej część, zastosowanej do wytwarzania tkaniny, przędzy z włókien ciągłych składa się z włókien lumenizowanych.

Rozwiązanie według wynalazku, umożliwia wytwarzanie poduszki gazowej z niepowlekanej tkaniny o dających się dobrze reprodukować wartościach przepuszczalności gazu, przy czym dla części poduszki o różnych przepuszczalnościach gazu można stosować tkaninę tego samego typu, a mianowicie tkaninę techniczną o, co najmniej w przybliżeniu, jednakowej gęstości nici i z co najmniej w przybliżeniu jednakowego typu przędzy z włókien ciągłych.

Wynalazek wynika ze stwierdzenia, że przepuszczalność gazu przez tkaninę w dużym stopniu zależy od tego, jak duże są występujące w nadmuchanej poduszce gazowej naprężenia w kierunku nitek osnowy i w kierunku nitek wątku. Po pierwsze istnieje duża zależność przepuszczalności gazu od bezwzględnej wartości naprężenia w jednym lub w drugim kierunku; po drugie istnieje jednak także duża zależność przepuszczalności gazu od stosunku naprężenia w kierunku nitek osnowy do naprężenia w kierunku nitek wątku. Wychodząc z tych stwierdzeń proponuje się, według wynalazku, aby dla każdej tkaniny technicznej, z której wytwarza się części tkaniny poduszki gazowej, ustalać przepuszczalność gazu w zależności od różnych wartości stosunku naprężenia w kierunku nitek osnowy do naprężenia w kierunku nitek wątku. Według znanej techniki mierzy się przepuszczalność gazu przez tkaninę poduszki gazowej przy stałej różnicy ciśnień równej 500 Pa. Wynalazek opiera się także na dodatkowym stwierdzeniu, że niepowlekana tkanina poduszki gazowej w dynamicznych warunkach, które są zbliżone do przypadku aktywacji systemu mechanicznego zabezpieczania pasażera poduszką gazową, może posiadać przenikalność dla gazu silnie odbiegającą od wartości, które uzyskuje się z pomiarów wykonanych przy stałej różnicy ciśnień. Dlatego też, do ustalania przepuszczalności gazu przez tkaninę poduszki gazowej, symuluje się przede wszystkim warunki dynamiczne, które panują podczas aktywacji systemu mechanicznego zabezpieczania pasażera poduszką gazową. Tak dobiera się orientację nitek osnowy i nitek wątku części tkaniny, aby dla każdej części tkaniny była nastawiona żądana przepuszczalność gazu, przy oczekiwanym w praktyce przebiegu różnicy ciśnień. Stosując jeden i ten sam typ tkaniny można wtedy zapewnić, dla różnych części poduszki gazowej, różniące się od siebie i dające się dobrze reprodukować wartości przepuszczalności gazu.

Ustawienia przepuszczalności gazu przez różne strefy tkaniny odbywa się przez wybranie odpowiedniego splotu tkackiego przy, co najmniej w przybliżeniu, jednakowej gęstości nici i, co najmniej w przybliżeniu, jednakowej przędzy z włókien ciągłych w zastosowanym typie tkaniny. Zostało bowiem stwierdzone, że w tkaninie danego typu i dla danych wartości naprężeń w kierunku nitek osnowy i w kierunku nitek wątku można wpływać, w dużym stopniu i z możliwością dobrego reprodukowania, na przepuszczalność gazu przez stosowanie odpowiedniego rodzaju splotu tkackiego. Występujące dla różnych rodzajów splotów tkackich zależności przepuszczalności gazu od naprężenia w kierunku nitek osnowy i od naprężenia w kierunku nitek wątku są dokładnie wyznaczane przez parametry tkania oraz przez parametry techniki wykańczania tkaniny.

Wyboru tkaniny technicznej oraz orientacji nitek osnowy i wątku w części płaszczowej dokonuje się za pomocą wykresu, który pokazuje przepuszczalność gazu w zależności od naprężenia dla różnych stosunków naprężenia w kierunku nitek osnowy do naprężenia w kierunku nitek wątku.

Według szczególnie korzystnej postaci wykonania wynalazku, co najmniej część przędzy z włókien ciągłych, stosowanej do wytwarzania tkaniny technicznej składa się z włókien lumenizowanych (pustych). Dzięki zastosowaniu włókien lumenizowanych można w dużym stopniu wpływać na zależność przepuszczalności gazu przez tkaninę zależnie od stosunku naprężeń. Włókna lumenizowane można pod działaniem ciśnienia spłaszczyć w większym stopniu niż włókna z pełnego materiału. Spłaszczenie przędzy z włókien ciągłych pod działaniem ciśnienia jest jedną z przyczyn zmiany przepuszczalności gazu wraz ze zmianą naprężenia w kierunku nitek osnowy lub w kierunku nitek wątku. Tkaninę, w której przędza z włókien ciągłych, co najmniej częściowo składa się z włókien lumenizowanych można przez zmianę splotu tkackiego, dopasować pod względem jej przepuszczalności gazu, do różnych warunków stosowania, tak że pomimo używania tkaniny jednego i tego samego typu, można osiągnąć bardzo różniące się od siebie wielkości przepuszczalności gazu.

Wynalazek zostanie bliżej przedstawiony w oparciu o przykłady wykonania uwidocznione na rysunku, na którym kolejne figury przedstawiają: fig. 1a, 1b i 1c - wykresy obrazujące przepuszczalność gazu w zależności od naprężenia, dla różnych stosunków

174 615 naprężenia w kierunku nitek osnowy do naprężenia w kierunku nitek wątku tkaniny i dla różnych tkanin włókienniczych, które mają w przybliżeniu jednakową gęstość nici i składają się z jednakowej przędzy z włókien ciągłych, przy czym na wykresach z fig. 1a i 1b jest pokazana przepuszczalność gazu L dla różnicy ciśnień 500 Pa w zależności od siły rozciągającej, a na wykresie z fig. 1c są pokazane dwie krzywe, przedstawiające zależność przepuszczalności gazu od siły rozciągającej; fig. 2 - pokazaną w stanie nadmuchanym poduszkę gazową o kształcie zbliżonym do balonu w widoku z boku, fig. 3 - tę samą poduszkę w widoku od strony generatora gazu; fig. 4 - nadmuchaną poduszkę gazową o kształcie cylindrycznym, w widoku perspektywicznym; fig. 5 - interferogram dwunaświetleniowy, przedstawiający stany naprężenia w ściance nadmuchanej poduszki gazowej; fig. 6a i 6b schematyczny widok perspektywiczny włókna lumenizowanego w stanie nieobciążonym i obciążonym; fig. 7a i 7b - schematyczny widok przekroju przez tkaninę włókienniczą, przedstawiający odkształcenie przędzy z włókien ciągłych, składającej się z włókien luminezowanych pod działaniem ciśnienia, w porównaniu z tkaniną włókienniczą z włókien pełnych; fig. 8a i 8b - wykresy, na których są pokazane wielkości przepływu gazu przez dwie tkaniny, w zależności od różnicy ciśnień przy różnych stosunkach naprężeń i w warunkach dynamicznych, oraz fig. 8c - wykres, pokazujący całkowitą przepuszczalność gazu idealnej poduszki gazowej w warunkach dynamicznych.

Wykresy z fig. 1a i 1b pokazują wyniki systematycznych badań próbek dwóch tkanin. Obydwie próbki tkanin są niepowlekane i składają się z przędzy z włókien ciągłych tego samego typu, lecz różnią się od siebie splotem tkackim.

Na wykresach z fig.la i 1b jest pokazana przepuszczalność gazu L dla różnicy ciśnień 500 Pa w zależności od siły rozciągającej § i dla trzech różnych parametrów, a mianowicie dla trzech różnych wartości stosunku naprężenia w kierunku nitek osnowy 30 do naprężenia w kierunku nitek wątku 32. Okazuje się, że przepuszczalność gazu w dużym stopniu zależy od tego stosunku, a zwłaszcza przyrost przepuszczalności gazu L wraz ze wzrostem siły rozciągającej jest bardzo różny dla różnych wartości stosunku naprężeń. W przypadku pierwszej próbki tkaniny (fig. la), przy stosunku naprężeń 1:2 przepuszczalność gazu rośnie tylko nieznacznie i także przy wielkości siły rozciągającej powyżej 30 kN/m jej wielkość pozostaje jeszcze poniżej około 30 1/dm²-min. Natomiast przy stosunku naprężeń 1:1 przepuszczalność gazu L osiąga dla siły około 20 kN/m wartość nawet około 601/dm² · min. Jeszcze bardziej rośnie przepuszczalność gazu, gdy naprężenie w kierunku nitek osnowy 30 ma dwukrotnie większą wartość od naprężenia w kierunku nitek wątku 32. Ogólnie jednak przepuszczalność gazu przez próbkę tej tkaniny jest stosunkowo mała.

Druga próbka tkaniny (fig. 1b) wykazuje dla stosunków naprężeń 1:1 i 2:1 znacznie większą przepuszczalność gazu, która osiąga wartości dużo powyżej 1001/dm2 · min. Natomiast przy stosunku naprężeń równym 1:2 przepuszczalność gazu rośnie do wartości nieco powyżej około 50Zdin -min.

Z figury 1b wynika, że krzywa przepuszczalności gazu nie zawsze musi być rosnąca; przez wybranie odpowiedniego splotu tkackiego dla tkaniny i wrobienia można tak nastawić przebieg krzywej, że przepuszczalność gazu osiąga maksymalną wartość przy średniej wartości siły rozciągającej, a więc przy około 10 kN/m, i następnie zmniejsza się. Ten efekt można wykorzystać do dopasowania twardości poduszki gazowej do siły zderzenia. Przy dużym ciśnieniu wewnętrznym w poduszce gazowej zwiększa się stale twardość poduszki wraz ze wzrostem masy chronionego pasażera pojazdu i twardości zderzenia; przy małym ciśnieniu wewnętrznym gaz odpływa szybciej, tak że poduszka gazowa pozostaje stosunkowo miękka. Tkanina, z której składa się poduszka gazowa, działa więcjako element regulacyjny, przez który twardość poduszki gazowej może być optymalnie dopasowana do każdorazowej sytuacji.

Na wykresie z fig. 1c są pokazane dwie krzywe, przedstawiające zależność przepuszczalności gazu od siły rozciągającej, za pomocą których może być osiągnięta, według tej samej zasady, jeszcze mocniej wyrażona funkcja regulacyjna poduszki gazowej. Dla danej gęstości nici i danego typu przędzy z włókien ciągłych można, przez dobranie splotu

174 615 włókienniczego i wykończenia tkaniny oraz wrobienia wątku i osnowy, nastawić żądany przebieg krzywej.

Poduszka gazowa pokazana na fig. 2 i 3 ma w stanie nadmuchanym kształt zbliżony do balonu i składa się z części górnej 10 oraz części dolnej 12, która na środku posiada otwór do połączenia z generatorem 14 gazu. W poduszce gazowej w kształcie takiego balonu rozmieszczenie naprężeń w ściance poduszki jest w dużym stopniu równomierne. Orientacja nitek wątku 32 i nitek osnowy 30 w częściach tkaniny dla części górnej 10 i części dolnej 12 jest więc dowolna. Część górna 10, zwrócona ku pasażerowi pojazdu, powinna więc mieć małą przepuszczalność dla gazu, aby uniknąć skaleczenia pasażera przez cząstki i gorące gazy. W tym celu, przepuszczalność gazu przez część dolną 12 powinna być co najmniej dwukrotnie większa od przepuszczalności części górnej 10. Dla bezproblemowego seryjnego wytwarzania poduszki gazowej ważne jest to, że części tkaniny, z których wykonuje się część górną 10 i część dolną 12, są w przybliżeniu tego samego rodzaju, a zwłaszcza posiadają co najmniej w przybliżeniu jednakową gęstość nici. Część górną 10 i część dolną 12 tkaniny zszywa się ze sobą ich brzegami zewnętrznymi. Ze względu na jednakową gęstość nici obydwóch części dolnej 10 i górnej 12 tkaniny, szew jest łatwy do wykonania i ma dużą wytrzymałość na rozdzieranie.

Ze względu na kształt balonowy poduszki gazowej według fig. 2 i 3 miarodajna jest na wykresach z fig. 1a i 1b krzywa dla stosunku naprężeń 1:1. Dla części górnej 10 wybiera się materiał włókienniczy pierwszej próbki tkaniny (fig. 1a). Przepuszczalność gazu przez nią, leży dla zakresu naprężeń od 5 do 20 kN/m między 5 a 601/dm² · min. Dla części dolnej 12 stosuje się materiał włókienniczy według drugiej próbki tkaniny (fig. 1b). W tym przypadku przepuszczalność gazu dla stosunku naprężeń 1:1 i zakresu naprężeń rozciągającego od 5 do 20 kN/m leży między około 27 a 125 Vdm²· min. Wewnątrz całego, ważnego dla praktycznych stosunków, zakresu naprężeń, przepuszczalność gazu przez część dolną 12 jest przeszło dwukrotnie większa od przepuszczalności gazu przez część górną 10.

Figura 4 przedstawia, pokazaną w stanie nadmuchanym poduszkę gazową o kształcie zbliżonym do cylindrycznego dla mechanicznego systemu zabezpieczania pasażera poduszką gazową przeznaczoną dla pomocnika kierowcy. Poduszka gazowa składa się z części płaszczowej 16, na której jest wykonane podłączenie dla prostokątnego generatora 18 gazu, i z dwóch części bocznych 20, 22. Ze względu na kształt cylindryczny poduszki gazowej naprężenie w części płaszczowej 16 jest dwukrotnie większe w kierunku obwodowym niż w kierunku osiowym. Natomiast w częściach bocznych 20, 22 rozkład naprężeń jest równomierny. Przepuszczalność gazu przez część płaszczową 16 powinna być znacznie mniejsza niż przez obydwie części boczne 20, 22, aby uniknąć obrażenia ciała pasażera przez cząstki i gorące gazy. W tym wykonaniu poduszki gazowej, część płaszczowa 16 i obydwie części boczne 20,22 mogą być wytworzone z takiego samego materiału włókienniczego. W przypadku użycia materiału według próbki pierwszej tkaniny (fig. la) orientacja nitek osnowy 30 i nitek wątku 32 w częściach bocznych 20, 22 jest dowolna. Ze stosunku naprężeń, równego w przybliżeniu 1:1 wynika przenikałność gazu w przedziale od około 5 do 60 Vdm² · min. dla siły rozciągającej w obszarze od około 5 do 20 kN/m. W części płaszczowej 16 stosunek naprężeń między wątkiem a osnową musi wynosić 1:2. Dla tego stosunku, można odczytać z wykresu dla wymienionego przedziału naprężeń rozciągających przepuszczalność gazu w zakresie od około 3 do 201/dm2 - min. Aby stosunek naprężeń w kierunku nitek osnowy 30 do naprężeń w kierunku nitek wątku 32 wynosił około 1:2, nitki wątku 32 muszą być zorientowane w kierunku obwodowym, a nitki osnowy 30 w kierunku osiowym.

Gdy dla części płaszczowej 16 zostanie wybrana tkanina włókiennicza, której przepuszczalność gazu przy stosunku naprężeń 2:1 między osnową a wątkiem jest mniejsza niż przy stosunku naprężeń 1:2, wówczas nitki osnowy 30 muszą być zorientowane w kierunku obwodowym, a nitki wątku 32 w kierunku osiowym.

W prostych postaciach geometrycznych poduszki gazowej, rozmieszczenie naprężeń w częściach jej ścianki jest łatwe do oznaczenia na podstawie rozważań geometrycznych. W przypadku bardziej skomplikowanych postaci, korzystnajest wizualizacja rozkładu naprężeń za pomocą optycznej techniki ilustracyjnej, zwłaszcza za pomocą techniki holograficznej,

174 615 techniki Moire lub techniki Speckle. Figura 5 pokazuje interferogram dwunaświetleniowy powierzchni nadmuchanej poduszki gazowej. Z wzoru liniowego można wyciągnąć wnioski dotyczące rozmieszczenia naprężeń.

Przez zastosowanie specjalnego typu włókna, jakim jest włókno lumenizowane, można sterować w dużym stopniu przepuszczalnością gazu przez tkaninę. Figura 6a pokazuje schematycznie takie włókno lumenizowane w dużym powiększeniu i w stanie nieobciążonym. Figura 6b pokazuje włókno lumenizowane w stanie obciążonym. W stanie obciążonym jest ono spłaszczone i w następstwie tego rozszerzone.

Wyniki stosowania takich włókien są przedstawione na fig. 7a i 7b. Na 'fig. 7a przyjmuje się, że nitki osnowy 30 i nitki wątku 32 stanowi zwykła przędza z włókien ciągłych, zbudowana z okrągłych włókien z pełnego materiału. Przyjmując, że nitki osnowy 30 są więcej wrobione niż nitki wątku 32, jak też znajdują się pod większym naprężeniem rozciągającym, wynika z tego większe wydłużenie konstrukcyjne w kierunku osnowy, gdyż z nitek osnowy 30 zostaje wyciągnięte ich karbowanie, zanim nastąpi wydłużenie materiału nitek. Wydłużeniu materiału nitek wątku 32 przeciwdziała zwiększone karbowanie w kierunku wątku, które jest spowodowane większym obciążeniem rozciągającym w kierunku osnowy. Gdy nitki osnowy 30 są silnie karbowane, podpierają z boków nitki wątku 32, które z tego względu są tylko w małym stopniu spłaszczone, to znaczy rozszerzone. Następstwem rozszerzenia nitek jest natomiast zmniejszenie rozporządzalnej, możliwej do wykorzystania powierzchni przekroju dla przenikania gazu.

Na fig. 7b przyjęto, że co najmniej nitki wątku 32a składają się z przędzy z włókien ciągłych, która jest zbudowana z włókien lumenizowanych, pokazanych symbolicznie na fig. 6a i 6b. Włókna lumenizowane odznaczają się w większym stopniu skłonnością do spłaszczania niż wyżej pokazane na fig. 7a włókna z pełnego materiału. Przy zachowaniu takich samych pozostałych warunków następuje więc silniejsze rozszerzenie nitek wątku 32a. Regulowanie przepuszczalności gazu przez tkaninę za pomocą wrabiania jest tu więc silniej wyrażone niż na fig. 7a.

Na fig. 8a i 8b są przedstawione dla dwóch rodzajów próbek tkanin, próbka pierwszej tkaniny i próbka drugiej tkaniny, wielkości przepuszczalności gazu, przy różnych stosunkach naprężenia w kierunku nitek osnowy 30 do naprężania w kierunku nitek wątku 32 w zależności od ciśnienia wewnętrznego.

Należy rozróżnić następujące fazy aktywowania poduszki gazowej: fazę początkową, podczas której po aktywacji generatora gazu rozwija się poduszka gazowa i napełnia się aż do całkowitego rozciągnięcia: fazę główną, podczas której, po całkowitym rozciągnięciu się poduszki gazowej, głowa i pierś pasażera pojazdu zanurzają się w poduszce: fazę końcową, podczas której gazy uchodzą z poduszki.

W przypadku zwykłych generatorów gazu, faza początkowa jest zakończona po upływie 40 do 60 ms. Przebieg fazy głównej jest wyznaczony przez liczne parametry, zwłaszcza takie jak przebieg wypadku, typ pojazdu, jak również wielkość i ciężar pasażera pojazdu. Ciśnienie wewnętrzne w poduszce gazowej zmienia się ciągle podczas całego przebiegu. W fazie początkowej wzrasta ono np. do wartości około 10 do 20 kPa. W następującej po tym fazie głównej, wskutek nagłego zanurzenia się pasażera pojazdu w poduszce, może znacznie wzrosnąć, np. do wartości 40 kPa lub większej. Faza końcowa jest dla tych rozwiązań o tyle interesująca, że przez jej wydłużenie wydłuża się także okres trwania działania ochronnego. Podczas fazy początkowej i fazy głównej duże znaczenie ma dla działania ochronnego poduszki gazowej przepuszczalność gazu przez jej ściankę, w zależności od ciśnienia wewnętrznego. Ta zależność jest przedstawiona na fig. 8a i 8b, na których odciętą, z naniesionymi na niej wartościami ciśnienia stanowi oś czasu. Doprowadzenie ciśnienia odbywa się jednak za pomocą impulsu ciśnienia, który odtwarza warunki panujące podczas napełniania poduszki gazowej, gdyż wartości przepuszczalności gazu mogą, w warunkach dynamicznych, znacznie odbiegać od wartości ustalonych statycznie. Figury 8a i 8b pokazują więc dynamiczne, zależne od ciśnienia wewnętrznego, zachowanie się tkaniny w zakresie przepuszczalności przez nią

174 615 gazu, przy różnych stosunkach naprężeń, które są uwarunkowane kształtem geometrycznym poduszki gazowej w stanie nadmuchanym.

Obydwa wykresy pokazują natężenie; przepływu gazu przez materiał tkaniny przy wzroście ciśnienia, a więc podczas fazy początkowej i głównej. Przy spadku ciśnienia w fazie końcowej, zwłaszcza przy niskich wartościach ciśnienia, natężenie przepływu gazu jest znacznie mniejsze, co powoduje przedłużenie czasu ' trwania działania ochronnego.

W przypadku tkaniny 1 i przy stosunku naprężeń 1:1 natężenie przepływu gazu, przy narastaniu ciśnienia wewnętrznego, wzrasta tylko w małym stopniu i pozostaj e przy wartości poniżej 1000 l/min · dm². Przy ciśnieniu wewnętrznym, wynoszącym 20 kPa, przy którym następuje zetknięcie się pasażera pojazdu z poduszką gazową, natężenie przepływu gazu wynosi tylko trochę powyżej 500 l/min · dm² Tkanina jest więc prawie nieprzepuszczalna dla gazu. Także przy stosunkach naprężeń 2:1 i 1:2 przepuszczalność gazu dla ciśnienia wewnętrznego, wynoszącego 20 kPa jest tak mała, że można mówić o tkaninie praktycznie nieprzepuszczalnej dla gazu. Godny uwagi jest przede wszystkim spadek natężenia przepływu gazu przy ciśnieniu powyżej 10 kPa. Pierwsza próbka tkaniny nadaje się więc dla tych części poduszki gazowej, które są zwrócone ku pasażerowi pojazdu i powinny posiadać małą przepuszczalność dla gazu. Optymalne jest jej zastosowanie ze stosunkiem naprężeń 1:1.

Druga próbka tkaniny w przeciwieństwie do pierwszej próbki tkaniny wykazuje wTaz ze wzrostem ciśnienia wewnętrznego nadproporcjonalny przyrost przepuszczalności gazu w zakresie do około 20 kPa, przy czym zjawisko to występuje szczególnie silnie przy stosunku naprężeń 1:1 w zakresie od 10 do 20 kPa, a przy stosunku naprężeń 1:2 oraz 2:1 w zakresie od 0 do 10 kPa. Druga próbka tkaniny otwiera się więc wraz ze wzrostem ciśnienia wewnętrznego, podczas gdy pierwsza próbka tkaniny, przy wzroście ciśnienia wewnętrznego, ma tendencję do zamykania się. Druga próbka tkaniny nadaje się więc dla tych części poduszki gazowej, które są odwrócone od pasażera pojazdu i powinny posiadać zwiększoną przepuszczalność dla gazu.

W poduszce gazowej w kształcie balonu, który składa się z dwóch okrągłych części tkaniny, jak pokazano na fig. 2 i 3, część górna 10, zwrócona ku pasażerowi pojazdu, jest wykonana z pierwszej próbki tkaniny, a część dolna 12 z drugiej próbki tkaniny. W części górnej 10, dolnej 12 tkaniny, występuje symetryczne rozmieszczenie naprężeń, ze względu na kształt geometryczny poduszki. W posiadającej przybliżony kształt cylindryczny poduszce gazowej, pokazanej na fig. 4, część płaszczowa 16 jest wykonana przy stosunku naprężeń 1:2 lub 2:1 z tkaniny 1, a dla części bocznych została zastosowana druga próbka tkaniny.

Figura 8c pokazuje wykres, na którym jest pokazane całkowite natężenie przepływu gazu przez ściankę poduszki gazowej, w zależności od ciśnienia panującego w jej wnętrzu. W idealnej poduszce gazowej krzywa przepuszczalności gazu leży między górną krzywą Gmax i dolną krzywą Gmin na fig. 8c. Te dwie krzywe tworzą korytarz, w którym powinna przebiegać krzywa przepuszczalności gazu dla idealnej poduszki gazowej. Krzywe pokazane na fig. 8c należy interpretować następująco: podczas rozwijania się poduszki gazowej pojawia się w niej ciśnienie, które szybko rośnie i już po kilku milisekundach powoduje całkowite rozwinięcie się poduszki. Tak zwany czas napełniania zależy od wielkości poduszki gazowej i wynosi od około 20 do około 35 ms. Ciśnienie wewnątrz poduszki osiąga maksimum, gdy pasażer pojazdu zetknie się z poduszką. Skuteczna twardość poduszki gazowej jest wyznaczona przez przepuszczalność gazu przez jej ściankę, w zależności od każdorazowo występującego ciśnienia. W początkowej fazie narastania ciśnienia poduszka gazowa powinna być miękka, aby przy lekkim zderzeniu zminimalizować ryzyko obrażenia ciała. Przy dużych wartościach . ciśnienia następuje twarde zderzenie, np. w przypadku pasażera pojazdu, nie przypiętego pasami. Aby nie przebił on poduszki gazowej, poduszka ta musi być twarda. Przy pokazanym na fig. 8c przebiegu wartości przepuszczalności gazu w zależności od ciśnienia, osiąga się żądane, samoregulujące się zachowanie poduszki gazowej. Optymalny przebieg krzywej przepuszczalności gazu między krzywymi Gmaxi Gmin wyznacza kilka parametrów, a zwłaszcza: typ pojazdu, generatora gazu sprężonego, wielkość i kształt poduszki, jak również panująca temperatura.

174 615

Zostało stwierdzone, że idealna krzywa przepuszczalności gazu całej poduszki gazowej może być uzyskana, gdy ścianka poduszki jest wykonana z niepowlekanej tkaniny włókienniczej, co nie daje się pogodzić z tradycyjną wiedzą zawodową. Według tradycyjnej techniki, przydatność tkaniny na poduszkę gazową określa się na podstawie przepuszczalności gazu przez nią, którą oznacza się statycznie, przy trwale utrzymywanym ciśnieniu różnicowym, wynoszącym 500 Pa. Oczekuje się więc, że natężenie przepływu gazu zależy liniowo od różnicy ciśnień. Przepuszczalność gazu, rosnącą liniowo wraz ze wzrostem ciśnienia, należałoby przedstawić na wykresie na fig. 8c linią prostą, przebiegającą przez punkt zerowy. Natomiast idealną krzywą przepuszczalności gazu, przebiegającą między krzywymi Gmax i Gmin można zdefiniować następująco: do ciśnienia około 10 kPa przepuszczalność gazu rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia do wartości w zakresie od około 0,5 do około 1,0 m³/s: przy ciśnieniu w zakresie od około 10 do około 20 kPa przepuszczalność gazu rośnie aż do wartości maksymalnej, a następnie spada; powyżej ciśnienia wynoszącego około 20 kPa w zakresie do co najmniej około 40 kPa, nie następuje żaden istotny wzrost przepuszczalności gazu.

Powyżej ciśnienia wynoszącego 20 kPa i w zakresie do co najmniej około 40 kPa występuje przeważnie tendencja spadkowa przepuszczalności gazu. Widać także, że powyżej wartości ciśnienia wynoszącej około 20 kPa krzywa przepuszczalności gazu przebiega przeważnie przez punkt zwrotny. Ponadto przepuszczalność gazu rośnie do wartości ciśnienia wynoszącej 10 kPa przeważnie silniej niż liniowo.

Niepowlekaną tkaninę włókienniczą, która posiada żądaną przepuszczalność dla gazu, można wytwarzać przy zastosowaniu odpowiednio wybranych tradycyjnych parametrów tkania. Ważne jest to, aby przepuszczalność gazu przez tkaninę oznaczać w warunkach dynamicznych, a stosunki naprężeń uwzględniać dla nadmuchanej poduszki gazowej. Ponieważ cały proces ekspansji i kompresji poduszki gazowej zamyka się w przedziale czasu od około 100 do 150 ms, więc doświadczalne oznaczanie przepuszczalności gazu przez tkaninę musi być wykonywane za pomocą impulsu ciśnienia, który w przeciągu porównywalnego czasu osiąga występujące wartości ciśnienia.

Ponieważ poduszka ma małą przepuszczalność dla gazu, zwłaszcza w części zwróconej ku pasażerowi pojazdu, przebieg krzywej przenikalności gazu przez tkaninę, wynikający z fig. 8c musi być osiągnięty dla tkaniny w innych częściach poduszki. Gdy poduszka gazowa składa się z różnych części tkaniny, wówczas części tkaniny, zwrócone ku pasażerowi muszą posiadać mniejszą przepuszczalność dla gazu niż części tkaniny odwrócone od niego. Krzywa przepuszczalności gazu, wynikająca z fig. 8c, stanowi wtedy sumę dwóch krzywych przepuszczalności gazu przez zastosowane części tkaniny. Część tkaniny, zwrócona ku pasażerowi pojazdu, jest przeważnie gazoszczelna, to znaczyjej przepuszczalność dla gazu rośnie co najmniej tylko nieznacznie przy trwającym około 100 ms jednostronnym doprowadzaniu ciśnienia, wzrastającego co najmniej powyżej wartości od około 10kPa do co najmniej około 40 kPa; przeważnie maleje ona nawet znacznie. Przy takich założeniach może być stosowana niepowlekana tkanina, której przepuszczalność dla gazu przy statycznym doprowadzaniu ciśnienia i przy różnicy ciśnień równej 500 Pa wynosi powyżej 12 l/min · dm², np. 15-18 l/min · dm².

W celu osiągnięcia żądanego przebiegu krzywej przepuszczalności gazu przez tradycyjną niepowlekaną tkaninę włókienniczą z włókien poliamidowych (PA) lub poliestrowych (PES) dobiera się zwłaszcza następujące parametry docelowe: gęstość nici (polimer i kurczliwość), splot tkacki, karbowanie, wykończenie. Odpowiednia tradycyjna tkanina włókiennicza z włókien poliamidowych, której skurcz pod działaniem gorącego powietrza wynosi 5%, ma gęstość nici równą 350 dtex. W celu znacznego uproszczenia konfekcjonowania poduszek gazowych, gdy składają się one z różnych części tkaninowych, to mimo że różnią się od siebie przepuszczalnością dla gazu, zawsze stosuje się taki sam typ tkaniny o określonej gęstości i typie nici.

174 615

Fig. 2α

174 615

Fig. 7a Fig. 7b

Fig. 6b

174 615

Fig. 8α

Fig. 8b

G [nó/s 1

Fig. 8c

Gmax

Gmin

Ł0

P

IkPa]

174 615

[kN/m]

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Tkanina niepowlekana do wytwarzania poduszki gazowej do mechanicznego systemu zabezpieczenia pasażera w pojazdach, znamienna tym, że ma karbowane nitki osnowy (30) i karbowane nitki wątku (32) o różnej rozszerzalności nitek i przez to różną powierzchnię przekroju dla przepływu gazu, przy czym rozszerzalność nitek osnowy (30) i nitek wątku (32) jest określona przez, zależny od geometrii poddawanej odkształcaniu tkaniny stosunek naprężenia w kierunku nitek osnowy (30) tkaniny do naprężenia w kierunku nitek wątku (32) tkaniny.
2. Tkanina według zastrz. 1, znamienna tym, że przynajmniej część zastosowanej do jej wytwarzania przędzy z włókien ciągłych składa się z włókien lumenizowanych.