WO1997006989A1

WO1997006989A1 - Mehrfach wiederverwendbares airbagsystem

Info

Publication number: WO1997006989A1
Application number: PCT/EP1996/003413
Authority: WO
Inventors: Franz Fürst; Lothar Maier; Armin Stark; Karl Unterforsthuber; Bernhard Vetter; Siegfried Zeuner
Original assignee: Trw Airbag Systems Gmbh & Co. Kg
Priority date: 1995-08-12
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 1997-02-27
Also published as: WO1997006982A1

Abstract

Ein Aufprallschutzsystem für Fahrzeuginsassen mit einem Airbag-Gasgenerator (1), der eine Brennkammer (3; 23; 33) aufweist, in der aufgrund von elektrischen Signalen eines im Fahrzeug vorgesehenen Beschleunigungssensors durch eine exotherme chemische Reaktion eines oder mehrerer Treibstoffe unter Druck stehendes Treibgas zum Aufblasen des Luftsackes (11) eines Airbagsystems erzeugt werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (3; 23; 33) aus derart hitzebeständigem Material besteht und derartig formstabil aufgebaut ist, daß sie sich bei Ablauf der exothermen chemischen Reaktionen im wesentlichen nicht bleibend verformt, und daß eine Vorrichtung zum Nachfüllen von verbrauchtem Treibstoff (4; 24; 34; 34') in die Brennkammer (3; 23; 33) vorgesehen ist. Damit wird erstmalig die mehrfache Wiederverwendbarkeit eines Airbagsystems ermöglicht.

Description

Mehrfach wiederverwendbares Airbagsystem

Die Erfindung betrifft ein Aufprallschutzsystem für Fahrzeuginsassen mit ei¬ nem Airbag-Gasgenerator, der eine Brennkammer aufweist, in der aufgrund von elektrischen Signalen eines im Fahrzeug vorgesehenen Beschleuni¬ gungssensors durch eine exotherme chemische Reaktion eines oder mehre¬ rer Treibstoffe unter Druck stehendes Treibgas zum Aufblasen des Luftsak- kes eines Airbagsystems erzeugt werden kann.

Ein derartiges Aufprallschutzsystem ist beispielsweise in der DE 40 05 871 02 beschrieben.

im Falle eines Aufprallunfalls eines Fahrzeugs erzeugen sogenannte Airbag- Gasgeneratoren Gas zum Füllen eines Luftsackes, der dann die Fahrzeugin- sassen vor dem Aufprall auf harte Fahrzeuginnenteile wie das Lenkrad schützt. Physikalisch gesehen passiert dabei nichts anderes, als daß der durch den Fahrzeugcrash beschleunigte Insasse durch den relativ weichen Luftsack abgebremst bzw. aufgefangen wird. Dabei strömt Gasmasse durch sogenannte Entlüftungslöcher (Ventholes) aus dem Airbag heraus. Demnach hat der Airbag die Aufgabe, die kinetische Energie des Insassen auf einem kurzen weg möglichst "weich" abzubauen.

Heutige Airbagkonzepte verwenden meist Gasgeneratoren pyrotechnischer Art. Pyrotechnische Gasgeneratoren funktionieren i.a. derart, daß durch ei- nen Stromimpuls von der einen Fahrzeugcrash erkennenden sensorik ein

Anzünder im Gasgenerator gezündet wird. Diese Anzündung wird durch eine sogenannte Anzündladung, die heiße Partikel erzeugt, verstärkt. Diese heißen Partikel treffen dann auf die Oberfläche des meist in Tablettenform vorliegenden Treibstoffes, der dann selbst zündet und in der sogenannten Brennkammer unter einem hohen Druck abbrennt. Dadurch entsteht das Gas zum Füllen des Luftsackes. Da neben reinem Gas auch noch flüssige bzw. feste Bestandteile bei der Verbrennung entstehen, wird der Gasstrom durch entsprechende Filter in der Filterkammer vor Austritt aus dem Gasgenerator gereinigt.

Wichtig dabei ist, daß es immer zu einem vollständigen Abbrand kommt und daher immer die gleiche Menge Gas erzeugt wird, wenn der Treibstoff¬ abbrand einmal in Gang gesetzt worden ist.

Derartige Airbagsysteme sind aus zahlreichen Veröffentlichungen, insbe¬ sondere auch aus der Patentliteratur in vielen Variationen bekannt. Neben der eingangs zitierten DE 40 05 871 02 beschreiben beispielsweise auch die US-PS 4,561,675, die DE-38 24 469 1, die DE-39 14 690 A1, die DE 40 12 893 A1, die DE 41 35 299 A1 oder die DE 42 01 651 A1 Aufprallschutzsysteme dieser Art.

Ein wesentlicher Nachteil derartiger Systeme besteht darin, daß sie nach einmaliger Betätigung nach dem Abbrand des Treibstoffes nicht mehr ver¬ wendet werden können und daher als Sondermüll entsorgt werden müssen. Dies führt einerseits zu zusätzlichen Umweltproblemen, andererseits zu er¬ höhten Kosten für einen Fahrzeughalter, dessen Fahrzeug in einen Unfall verwickelt wurde, bei dem es nicht zu einem Totalschaden gekommen ist. Außer den üblichen Reparaturkosten am Fahrzeug müssen nach einem sol¬ chen Aufprallunfali nämlich sämtliche Airbagsysteme vollständig ausge- tauscht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein Aufprall¬ schutzsystem mit den eingangs beschriebenen Merkmalen vorzustellen, das auch nach einer Zündung des Treibstoffes mehrmals wiederverwendbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf ebenso überraschend einfache wie wirkungsvolle Art und Weise dadurch gelöst, daß die Brennkammer aus derart hitzebeständigem Material besteht und derartig formstabil aufge¬ baut ist, daß sie sich bei Ablauf der exothermen chemischen Reaktionen im wesentlichen nicht bleibend verformt, und daß eine Vorrichtung zum Nach¬ füllen von verbrauchtem Treibstoff in die Brennkammer vorgesehen ist. Nachdem sämtliche bisher bekannten Airbagsysteme, von denen eine große Vielzahl existiert, ausschließlich Einwegsysteme sind, die nach einmaliger Benutzung nicht mehr verwendbar sind, ist davon auszugehen, daß die mit dem erfindungsgemäßen Aufprallschutzsystem unbestreitbar erzielbaren vorteile lediglich aufgrund eines Vorurteils der Fachwelt, welches durch die vorliegende Erfindung nunmehr überwunden ist, bislang nicht realisiert wurden.

Durch Verwendung einer Brennkammer, die erfindungsgemäß hitzbestän- dig und formstabil ist und eine Nachfüllvorrichtung für verbrauchten

Treibstoff aufweist, kann das Aufprallschutzsystem im Prinzip beliebig oft wiederverwendet werden. Daher entstehen keine Entsorungsprobleme mit dem erfindungsgemäßen Airbagsystem, und es können von vornherein hochwertigere Materialien verwendet werden, weil der möglicherweise et- was höhere Preis des Systems durch seine mehrfache Wiederverwendbar¬ keit leicht wettgemacht werden kann.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufprall¬ schutzsystems, bei der die Brennkammer aus Stahlblech, vorzugsweise aus Edelstahlblech aufgebaut ist. Bei Verwendung von derartigem Blech mit ge¬ nügend großer Wandstärke bleibt die Brennkammer auch nach heftigen Explosionen des gaserzeugenden Treibstoffes in ihrer ursprünglichen Form. Ein solcher Stahlblech-Behälter kann sich zwar in seiner Festigkeit nicht mit Gußteilen, wie beispielsweise einem Motorblock messen, doch ist auch bei der Brennkammer eines Airbag-Gasgenerators die jeweilige Einsatzdauer verglichen mit der Betriebsdauer eines Motors verschwindend kurz. Dafür hat ein derartiger Stahlblech-Behälter gegenüber einem Gußblock den vor¬ teil eines wesentlich leichteren Gewichts, einer einfacheren und billigeren Herstellung und einer unproblematischen Nachbearbeitbarkeit.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Treibstoff aus Feststoff-Tabletten mit pyrotechnischen Substanzen besteht, und daß die Vorrichtung zum Nachfüllen von verbrauchtem Treibstoff ein abnehmbarer und gasdicht wiederverschließbarer Brennkammerboden ist. Beispielsweise in der oben bereits zitierten DE 40 12 893 A1 ist ein auf die Brennkammer aufgesetzter Brennkammerboden vorgeschlagen, jedoch muß er bei der bekannten Einweg-Vorrichtung weder abnehmbar noch gasdicht wieder- verschließbar sein, im Prinzip könnte aber eine derartige bekannte Kon¬ struktion ohne großen technischen Aufwand zu der erfindungsgemäßen Ausführungsform umgebaut bzw. nachgerüstet werden.

Neben der Einweg-Konzeption ist sämtlichen bekannten Airbagsystemen, wie sie beispielsweise in den oben zitierten Druckschriften beschrieben sind, gemeinsam, daß stets nur Feststoff-Treibstoff, meist in Tablettenform zur Gaserzeugung verwendet wird. Demgegenüber zeichnet sich eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufprall- Schutzsystems dadurch aus, daß der Treibstoff aus einer oder mehreren gas¬ förmigen und/oder flüssigen Substanzen besteht, und daß die Vorrichtung zum Nachfüllen von verbrauchtem Treibstoff ein Einspritzsystem zum Ein¬ spritzen von fluidem Treibstoff aus einem oder mehreren Vorratsbehältern in die Brennkammer umfaßt. Mit einem solchen fluiden Treibstoff ergeben sich, was aus dem folgendem klar wird, ganz neue Betriebsmöglichkeiten des Airbag-Gasgenerators, die mit den bisher bekannten Systemen nicht realisiert werden können.

Treibstoff-Einspritzsysteme als solche werden bereits seit längerer zeit im Bereich der Motorentechnik eingesetzt und sind als solche an sich bekannt.

Beispielshalber sei an dieser stelle auf die technischen Berichte (5) 1975, 1, Seiten 7-18 der Firma BOSCH verwiesen, wo die bekannte L-Jetronϊk, ein elektronisches Benzineinspritzsystem mit Luftmengenmessung vorgestellt wird. Eine Übertragung dieser bekannten Treibstoff-Einspritztechniken auf Airbag-Gasgeneratoren hat vor dem Zeitpunkt der Entstehung der vorlie¬ genden Erfindung weltweit noch niemand vorgenommen.

Ein Hauptvorteil der Verwendung von fluidem Treibstoff und der Zuführung in die Brennkammer eines Airbag-Gasgenerators mittels eines Einspritzsy- stems liegt darin, daß der Treibstoff kontinuierlich und je nach momenta¬ nem Bedarf zudosiert werden kann, während bei den bekannten Systemen immer die gleiche Menge an Treibstoff vollständig abgebrannt wird und damit immer die gleiche Menge an Treibgas erzeugt wird, wie oben bereits erwähnt.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Treibstoff aus mindestens zwei in getrennten Vorratsbehältern aufbewahr- ten Komponenten besteht, die beim Einspritzen in die Brennkammer mit¬ einander vermischt werden und exotherm chemisch miteinander reagieren. Bei geeigneter Wahl der Treibstoff komponenten kann dabei möglicher¬ weise auf ein Zündsystem ganz verzichtet werden, wenn die beiden Kom- ponenten bereits bei Zimmertemperatur exotherm miteinander reagieren.

Alternativ ist bei einer anderen Weiterbildung der eingespritzte Treibstoff ein einkomponentiges homogenes Fluid. Dies hat den vorteil einer einfa¬ cheren Bauweise des erfindungsgemäßen Aufprallschutzsystemes, da ledig- lieh eine Komponente mit einem einzigen vorratsbehalter, einem einzigen

Zuleitungsrohr und einer einzigen Einspritzdüse erforderlich ist.

Falls nötig, kann in der Brennkammer des erfindungsgemäßen Aufprall¬ schutzsystems eine Zündvorrichtung zur Zündung des eingespritzten Treibstoffes vorgesehen sein, die aufgrund von elektrischen Signalen des

Beschleunigungssensors Zündenergie an den Treibstoff abgibt. Anzünder sind an sich auch bei allen bisher bekannten Airbag-Gasgeneratoren in Ver¬ wendung, wo sie allerdings nicht zur Zündung von eingespritztem Treib¬ stoff, sondern zur Zündung des üblicherweise verwendeten Festkörper- Treibstoffes dienen und in der Regel ganz anders aufgebaut sind, in Verbin¬ dung mit der Einspritzung ergeben sich allerdings nunmehr ganz andere Möglichkeiten der Variation, beispielsweise eine mehrfach aufeinanderfol¬ gende stoßweise Einspritzung einer bestimmten, kleineren Menge, die dann jeweils mit der Zündvorrichtung zur chemischen Reaktion und zur Treibgas- erzeugung aktiviert werden kann.

vorzugsweise werden ihrer Konstruktion nach aus anderen technischen Gebieten (Motorenbau) an sich bekannte Zündvorrichtungen eingesetzt, die einen Zündfunken erzeugen, wobei in der Regel elektrische Energie aus ei- ner Batterie oder einem Stromgenerator der Zündvorrichtung zugeführt wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist in der Brennkammer eine erste fluide Treibstoffkomponente eingefüllt, und es kann mindestens eine exo- therm chemisch mit der ersten reagierende weitere Treibstoffkomponente in die Brennkammer eingespritzt werden. Dadurch kann insbesondere auch ohne Zündvorrichtung die Gaserzeugungsreaktion definiert in Gang ge- bracht werden, wobei die zu erzeugende Gasmenge durch die Menge der aktuell eingespritzten Treibstoffkomponente jeweils unterschiedlich festge¬ legt werden kann, im Gegensatz zu der oben erwähnten Ausführungsform mit zwei unterschiedlichen eingespritzten Treibstoffkomponenten hat die vorliegende Ausführungsform den vorteil, daß lediglich ein einziges Ein¬ spritzsystem erforderlich ist.

Konkret kann bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Aufprall¬ schutzsystems das Einspritzsystem mindestens eine in die Brennkammer ra- gende Einspritzdüse sowie mindestens ein Druckerzeugungssystem umfas¬ sen, mit dem der fluide Treibstoff aus dem vorratsbehalter unter Druck ge¬ setzt und der Einspritzdüse zur Einspritzung in die Brennkammer zugeführt werden kann. Ähnliche technische Lösungen sind an sich aus dem fernlie¬ genden Bereich des Einspritz-Motorenbaus bekannt (siehe oben).

Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet daß, das Druckerzeugungssystem einen Antriebsmagneten umfaßt, der auf¬ grund von zugeführten Stromimpulsen ein Magnetfeld aufbauen und damit einen federbelasteten Antriebskolben in Richtung auf einen federbelaste- ten Förderkolben beschleunigen kann, wodurch der Förderkolben in Bewe¬ gung gesetzt wird und den über ein elektrisch ansteuerbares Zulaufventil aus dem vorratsbehalter in eine Druckleitung strömenden fluiden Treibstoff unter Druck setzt, so daß er durch die Einspritzdüse in die Brennkammer eingespritzt wird. Daneben sind aber auch beliebig viele andere technische Lösungen für geeignete Einspritzsysteme im Zusammenhang mit dem er¬ findungsgemäßen Aufprallschutzsystem denkbar.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der das Einspritz¬ system elektrisch ansteuerbar ist. Während beispielsweise im Dieselmoto- ren-Bereich, aber auch bei den frühen Benzin-Einspritzmotoren die Ein¬ spritzpumpen mechanisch mit der Kurbelwelle verbunden waren, ist es bei einem Aufprallschutzsystem ohne Zweifel wünschenswert, wenn die An¬ steuerung elektrisch erfolgt. Dadurch ist es auch möglich, den Beschleuni¬ gungssensor, der ein Aufblasen des Airbags initiieren soll, an jeder beliebi- gen stelle des Fahrzeugs, die dem jeweiligen Fahrzeugkonstrukteur am ge¬ eignetsten erscheint, zu positionieren, was bei einer mechanischen Auslö¬ sung nicht ohne weiteres möglich wäre. Ganz besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung dieser Ausführungsform, bei der eine elektronische Steuereinheit vorgesehen ist, mit der sowohl aufgrund der elektrischen Signale des Beschleunigungssensors der Ein¬ spritzstart des Einspritzsystems angesteuert als auch aufgrund der Ein- spritzdauer und des Einspritzdruckes und/oder aufgrund des intermittie¬ renden startens einer Anzahl von hintereinanderfolgenden kurzen Ein¬ spritzvorgängen die erzeugte Treibgasmenge geregelt werden kann. Damit kann der Hauptvorteil der Verwendung eines eingespritzten fluiden Treib¬ stoffs, nämlich eine feinfühlige Anpassung des Gaserzeugungsvorgangs an unterschiedliche aktuelle Erfordernisse besonders gut ausgenutzt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß weitere Sensorelemente im Fahrzeug vorgesehen sind, die zur Erfassung solcher Pa¬ rameter geeignet sind, die die individuelle kinetische Energie des Fahrzeug- insassen bestimmen, und daß die weiteren Sensorelemente elektrische Si¬ gnale, die diese Parameter repräsentieren, an die Steuereinheit zur konti¬ nuierlichen Einstellung der zu erzeugenden Gasmenge, des Aufblasdruckes und der Aufblasgeschwindigkeit des Luftsackes übergeben. Damit kann ei¬ nerseits ein optimaler Schutz des vor dem Airbag sitzenden Fahrzeugin- sassen gewährleistet und andererseits eine Verletzung desselben vermieden werden.

Durch die Sensorelemente läßt sich der vor dem Airbag sitzende Fahrzeug¬ insasse für die Steuerelektronik sehr gut charakterisieren, so daß ein opti- maier Schutz des Fahrzeuginsassen dadurch gewährleistet ist, daß die Lei¬ stung des Airbagsystems auf den vor dem Airbag sitzenden Fahrzeugin¬ sassen abgestimmt ist. Das Airbagsystem ist derart steuerbar, daß stets die für den Fahrzeuginsassen notwendige Auffangwirkung exakt erzielt wird, vorteilhafterweise werden Steuersignale von den Sensorelementen zum steuern von Zündvorgängen und/oder dem starten einer gaserzeugenden

Reaktion genutzt. Die Gaserzeugung erfolgt intermittierend und ist damit weitgehend variabel gestaltet. Die für den Füllvorgang des Luftsackes er¬ zeugte Gasmenge ist in weiten Grenzen vorgebbar und hängt im wesentli¬ chen von der Anzahl der Zündvorgänge ab. Dadurch können unterschiedli- ehe Füllgrade des Luftsackes erzeugt werden, und die Auffangwirkung kann somit mit Hilfe der Sensorelemente auf die kinetische Energie des vor dem Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen abgestimmt werden. Weiterhin kann der Zeitverlauf der Gaserzeugung in einem weiten Bereich durch entsprechende Steuersignale variiert werden. Dies trägt ebenfalls dazu bei, die Auffangwirkung optimal auf die momentane kinetische Ener¬ gie des Fahrzeuginsassen einzustellen.

Die Steuereinheit regelt die Gasmenge, die Aufblasgeschwindigkeit und den Aufblasdruck und stimmt diese Größen, die das Aufblasverhalten des Luft¬ sackes bestimmen, gezielt auf den durch die erfaßten Parameter charakte¬ risierten Fahrzeuginsassen ab.

Da die aufzufangende kinetische Energie des Fahrzeuginsassen entschei¬ dend von dem Gewicht des Fahrzeuginsassen abhängt, ist es besonders be¬ vorzugt, wenn das Gewicht des vor und/ oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen durch Sensorelemente erfaßt wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Sitzposition des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen durch Sen¬ sorelemente erfaßt. Die Erfassung der Sitzposition trägt zu einer weiteren Optimierung des Verfahrens bei, da erfaßt werden kann, ob der Fahrzeugin- sasse beispielsweise auf der Vorderkante des Fahrzeugsitzes oder vorge¬ beugt oder zurückgelehnt auf dem Fahrzeugsitz sitzt oder die Rückenlehne nach hinten umgeklappt hat. Die Erfassung dieser Parameter könnte bei¬ spielsweise durch im Sitzpolster angebrachte Druckfühler realisiert werden.

Bei einer anderen Ausführungsform wird durch die Sensorelemente erfaßt, ob der Sicherheitsgurt von dem vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen angelegt ist. Aufgrund dieser Informa¬ tion kann die Steuereinheit den Luftsack derart aufblasen, daß die Sicher¬ heit des Fahrzeuginsassen trotz nichtangelegten Sicherheitsgurtes durch den Airbag zumindest teilweise kompensiert und gewährleistet werden kann.

Wenn die Stellung des Sitzes des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen durch die Sensorelemente erfaßt wird, kann die Größe des Luftsackes auf die Distanz zu den vor dem Airbag sitzen¬ den Fahrzeuginsassen gezielt eingestellt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Kopfhöhe des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen durch die Sensorelemente erfaßt. Die Erfassung der Kopfhöhe könnte beispielsweise durch Sensoren, die in der Nackenstütze als Druckfühler ausgebildet sind, durchgeführt werden. Es wäre aber ebenso denkbar, präzisere Meßtechni¬ ken, wie beispielsweise Laser- oder Lichtschranken, einzusetzen.

Bei einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wird die voraussichtliche Auftreffposition und Auftreffgeschwindigkeit des Kopfes des vor dem ent- sprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen nach Erfassung der Para¬ meter, die die individuelle kinetische Energie des Fahrzeuginsassen be¬ stimmen, berechnet. Durch die Sensorelemente wird der Fahrzeuginsasse, der vor dem Airbag sitzt, hinsichtlich seiner Körperhaltung überwacht und vermessen, so daß erreicht werden kann, daß der Kopf bei einem Unfall des Fahrzeugs stets die für einen Schutz optimale Auftreffstelle des Luftsackes trifft.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzäh¬ lung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines teilweise aufgeschnitte¬ nen Airbag-Gasgenerators mit abnehmbarem und gasdicht wiederverschließbarem Brennkammerboden und Feststoff-Ta¬ bletten als Treibstoff;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des er¬ findungsgemäßen Aufprallschutzsystems mit einer eingespritz- ten Fluidkomponente und einer Zündvorrichtung; und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform mit zwei getrennt einspritzten

Treibstoffkomponenten.

in Fig. 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufprallschutz- Systems dargestellt, die einen im wesentlich herkömmlich aufgebauten Gas¬ generator 1 enthält, bei dem innerhalb eines Gasgeneratorgehäuses 2 eine Brennkammer 3 gebildet ist, in der eine Treibladung für die Erzeugung von Treibgas zum Aufblasen des in der Figur nicht dargestellten Luftsackes eines Airbags enthalten ist. Die Treibladung liegt in Form von in loser Schüttung eingefüllten Feststoff-Tabletten 4 vor.

Zur Zündung der Treibladung ist seitlich eine Anzündvorrichtung 5 in das Gasgeneratorgehäuse 2 eingesetzt, die in die Brennkammer 3 hineinragt. Zur Abfilterung der bei der Verbrennung der Treibladung entstehenden Rauch- und Feststoffpartikel ist ein Filter 6 vorgesehen, das beispielsweise aus Stahlwolle bestehen kann und axialen Druck in Richtung der Gehäuse¬ achse a auf die Treibiadungspackung ausübt.

zur Erzeugung von radialem Druck auf die Feststoff-Tabletten 4 der Treibla- dung ist eine dünnwandige Federplatte 7 eingesetzt, die zylindrisch um die

Achse a herum gerollt ist. in ihren Randbereichen hat die Federplatte 7 je¬ weils Kontakt mit den die Innenseite der Brennkammer 3 bildenden Teilen des Gasgeneratorgehäuses 2. Dazwischen weist die Federplatte 7 eine ra¬ diale Einschnürung auf, so daß sie in ihren mittleren Bereichen zum inneren der Brennkammer 3 hin ausbaucht.

Beim verschließen der Brennkammer 3 mit Hilfe des in Fig. 1 gezeigten Brennkammerbodens 8, der ebenfalls eine Filterschicht 6 aus stahlwolle oder Drahtgestrick enthalten kann, werden die Randbereiche der Filter- platte 7 durch am Brennkammerboden 8 vorgesehene Randabsätze oder

Vorsprünge 10 in Richtung der Achse a gedrückt, wodurch die Federplatte 7 in ihrem mittleren Bereichen weiter nach innen ausbaucht, so daß der Zy¬ linderdurchmesser der Abschnürung dort noch kleiner wird. Dadurch wer¬ den die Feststoff -Tabletten 4 allseitig, insbesondere auch radial dicht zu- sammengepackt, wodurch eine Rasseln der Tabletten beim schütteln des

Gasgenerators im Einsatzfall in einem bewegten Fahrzeug vermieden wird. im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Gasgenerator 1 symmetrisch auf¬ gebaut und weist zwei Brennkammerböden 8 auf, die sich in Richtung der Achse a beidseitig an die Brennkammer 3 anschließen. Abgesehen von Gas¬ austrittsdüsen 9, durch die das erzeugte Treibgas in den in der Zeichnung nicht dargestellten Luftsack eines Airbags geleitet wird, schließen die

Brennkammerböden 8 die Brennkammer 3 nach außen hin dicht ab.

Der in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Gasgenerator 1 unterscheidet sich von bekannten Gasgeneratoren dadurch, daß die Brennkammer 3 aus derart hitzebeständigem Material besteht, daß sich sich bei Ablauf der exothermen chemischen Reaktion nach Entzünden der Feststoff-Tabletten 4 nicht blei¬ bend verformt, und daß der Brennkammerboden 8 abnehmbar und gas¬ dicht wiederverschließbar ist, so daß nach Abbrand einer Treibladung neue Feststoff-Tabletten 4 in die Brennkammer 3 nachgefüllt werden können. vorzugsweise besteht das Gasgeneratorgehäuse 2, insbesondere die die

Brennkammer 3 bildenden Wandteile aus Stahlblech, vorzugsweise aus Edelstahlblech, während bekannte Gasgeneratorgehäuse üblicherweise aus Aluminiumblech aufgebaut sind.

Einen vom bisher Bekannten völlig abweichenden Aufbau besitzen die Aus¬ führungsformen des erfindungsgemäßen Aufprallschutzsystems nach den Fign. 2 und 3. Dort besteht der verwendete Treibstoff jeweils aus einer oder mehreren gasförmigen und/oder flüssigen Substanzen, und die Vorrichtung zum Nachfüllen von verbrauchtem Treibstoff umfaßt mindestens ein Ein- sprϊtzsystem zum Einspritzen des fluiden Treibstoffs in die Brennkammer des Gaserzeugungsgenerators.

in Fig. 2 ist schematisch die Funktionsweise einer Ausführungsform gezeigt, bei der über eine Einspritzdüse 21 ein fluider Treibstoff 24 aus einem Vor- ratsbehälter 26 in die von einem entsprechend formstabil aufgebauten Gas¬ generatorgehäuse 22 gebildete Brennkammer 23 eingespritzt wird. In die Brennkammer 23 ragt außerdem eine Zündvorrichtung 25, die den einge¬ spritzten fluiden Treibstoff 24 entzündet, so daß dieser in der Brennkammer 23 eine exotherme chemische Reaktion eingeht, durch welche Treibgas in der gewünschten Menge erzeugt wird, das über Gasaustrittsöffnungen 29 in einen Luftsack 11 getrieben wird, um diesen entsprechend den jeweiligen Anforderungen aufzublasen. Diese Anforderungen werden über eine Reihe von im Fahrzeug eingebauten Sensorelementen 12 bestimmt, von denen eines in jedem Falle ein Be¬ schleunigungssensor sein wird, während die anderen beispielsweise das Gewicht des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden

Fahrzeuginsassen, dessen Sitzposition, die Stellung seines Sitzes, seine Kopf¬ höhe und die Information, ob er seinen Sicherheitsgurt vorschriftsmäßig angelegt hat oder nicht, erfassen und an eine Steuereinheit 13 weiterge¬ ben. Die Steuereinheit 13 verarbeitet die Signale aus den Sensorelementen 12 und bestimmt die individuelle kinetische Energie des Fahrzeuginsassen sowie die voraussichtliche Auftreffposition und Auftreffgeschwindigkeit seines Kopfes beim Auftreffen auf den Airbag. Daraus leitet sie entspre¬ chende Sollwerte für die Treibgaserzeugung im Airbag-Gasgenerator ab, die insbesondere die Einspritzdauer und den Einspritzdruck und/oder ein in- termittierendes Starten einer Anzahl von hintereinanderfolgenden kurzen

Einspritzvorgängen betreffen, so daß die individuelle, im vorliegenden Ein¬ zelfall jeweils erforderliche Treibgasmenge quasi-kontinuierlich erzeugt und der richtige Aufblasdruck und die entsprechende Aufblasgeschwindigkeit des Luftsackes 11 sichergestellt werden.

Dementsprechend gibt die Steuereinheit 13 elektrische Steuersignale an die Zündvorrichtung 25, an ein Zulaufventil 14, das zwischen dem vorratsbehal¬ ter 26 für den fluiden Treibstoff 24 und die Einspritzdüse 21 geschaltet ist, sowie an einen Antriebsmagneten 15. Der Antriebsmagnet 15 baut aufgrund der Steuersignale aus der Steuereinheit 13 ein Magnetfeld auf, welches ei¬ nen federbelasteten Antriebskolben 16 in Richtung auf einen Förderkolben 17 beschleunigt, der ebenfalls mit einer Feder vorgespannt ist. Nachdem der Antriebskolben 16 auf den Förderkolben 17 aufgeschlagen ist, setzt der letztere den in einer Druckleitung 18 nach Öffnung des Zulaufventils 14 auf- grund eines entsprechenden Steuersignals aus der Steuereinheit 13 vorlie¬ genden fluiden Treibstoff 24 unter Druck. Dadurch wird der Treibstoff 24 durch die Einspritzdüse 21 in die Brennkammer 23 eingespritzt. Aufgrund eines entsprechend getimten Steuersignals an die Zündvorrichtung 25 er¬ zeugt diese im richtigen Moment einen Zündfunken, der den fluiden Treib- stoff 24 zu einer explosionsartigen chemischen Reaktion veranlaßt, mit wel¬ cher das erforderliche Treibgas erzeugt wird. Fig. 3 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der eine Zünd¬ vorrichtung nicht erforderlich ist, weil gleichzeitig zwei miteinander exo¬ therm chemisch reagierende fluide Treibstoffe 34 und 34" aus entsprechen¬ den Vorratsbehältern 36, 36' über Einspritzdüsen 31, 31' in die Brennkammer 33 eingespritzt werden, wobei die chemische Reaktion auch ohne Zufuhr von Zündenergie einfach durch vermischen der beiden Reaktanten in Gang gesetzt wird.

Die Steuerung der beiden Einspritzvorgänge wird durch eine Steuervorrich- tung 13' aufgrund von Signalen der Sensorelemente 12 initiiert, wobei die

Steuervorrichtung 13' entsprechende Steuerimpulse an die beiden An¬ triebsmagneten 35, 35' sowie an die beiden Zulaufventile 37, 37' zum steu¬ ern der Einspritzvorgänge und damit der gaserzeugenden Reaktion abgibt.

Bei einer in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform kann in der

Brennkammer des Gaserzeugungsgenerators auch eine erste fluide Treib¬ stoffkomponente bereits eingefüllt sein, während eine oder mehrere Treibstoffkomponenten, die mit der ersten Treibstoffkomponente exo¬ therm chemisch reagieren, zur Erzeugung von Treibgas in die Brennkammer eingespritzt werden. Durch die Steuerung der entsprechenden Einspritz¬ mengen kann dann ebenfalls die Menge des jeweils zu erzeugenden Treib¬ gases gesteuert werden.

Ein wesentlicher vorteil der erfindungsgemäßen Einspritz-Aufblasvorrich- tung liegt darin, daß die Treibgaserzeugung intermittierend erfolgt und damit weitgehend variabel gestaltet werden kann. Die für den Füllvorgang des Luftsackes erzeugte Treibgasmenge ist in weiten Grenzen frei wählbar und hängt im wesentlichen von der Anzahl der Einspritzvorgänge ab. Da¬ durch können unterschiedliche Füllgrade des Luftkissens erzeugt werden, so daß die Auffangwirkung individuell fein auf die jeweils tatsächliche kineti¬ sche Energie des zu schützenden Fahrzeuginsassen abgestimmt werden kann. Der Zeitverlauf der Gaserzeugungsreaktion kann in weiten Bereichen durch entsprechende Steuersignale variiert werden. Auf diese Weise ist es einerseits möglich, die normalerweise auftretende Problematik eines nicht- zentral auf den Luftsack auftretenden Insassenkopfes zu entschärfen, ande¬ rerseits kann die Auffang- und Abbremswirkung des Airbags jeweils optimal auf die momentane kinetische Energie des jeweiligen Fahrzeuginsassen ein¬ gestellt werden.

Auch im Hinblick auf die Wiederverwendbarkeit des erfindungsgemäßen Aufprallschutzsystems haben die Ausführungsformen mit Einspritzsystemen vorteile gegenüber den Ausführungsformen mit Festkörperbrennstoffen, da zur Wiederbefullung lediglich die entsprechenden vorratsbehalter aufge¬ füllt werden müssen und die Brennkammer hermetisch verschlossen blei¬ ben kann.

Claims

Patentansorüche

1. Aufprallschutzsystem für Fahrzeuginsassen mit einem Airbag-Gasgenera¬ tor (1), der eine Brennkammer (3; 23; 33) aufweist, in der aufgrund von elektrischen Signalen eines im Fahrzeug vorgesehenen Beschleunigungssen¬ sors durch eine exotherme chemische Reaktion eines oder mehrerer Treib¬ stoffe unter Druck stehendes Treibgas zum Aufblasen des Luftsackes (11) ei¬ nes Airbagsystems erzeugt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (3; 23; 33) aus derart hitzebeständigem Material besteht und derartig formstabil aufgebaut ist, daß sie sich bei Ablauf der exothermen chemischen Reaktionen im wesentlichen nicht bleibend verformt, und daß eine Vorrichtung zum Nachfüllen von verbrauchtem Treibstoff (4; 24; 34, 34') in die Brennkammer (3; 23; 33) vorgesehen ist.

2. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

Brennkammer (3; 23; 33) aus Stahlblech, vorzugsweise aus Edelstahlblech aufgebaut ist.

3. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoff aus Feststofftabletten (4) mit pyrotechnischen Substan¬ zen besteht, und daß die Vorrichtung zum Nachfüllen von verbrauchtem Treibstoff ein abnehmbarer und gasdicht wiederverschließbarer Brenn¬ kammerboden (8) ist.

4. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoff (24; 34, 34') aus einer oder mehreren gasförmigen und/oder flüssigen Substanzen besteht, und daß die Vorrichtung zum Nach¬ füllen von verbrauchtem Treibstoff (24; 34, 34') ein Einspritzsystem zum Ein¬ spritzen von fluidem Treibstoff aus einem oder mehreren vorratsbehältem (26; 36, 36') in die Brennkammer (23; 33) umfaßt.

5. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstoff aus mindestens zwei in getrennten Vorratsbehältern (36, 36') auf- bewahrten Komponenten (34, 34') besteht, die beim Einspritzen in die Brennkammer (33) miteinander vermischt werden und exotherm chemisch miteinander reagieren.

6. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eingespritzte Treibstoff (24) ein einkomponentiges homogenes Fluid ist.

7. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß in der Brennkammer (23) eine Zündvorrichtung (25) zur Zün- dung des eingespritzten Treibstoffes (24) vorgesehen ist, die aufgrund von elektrischen Signalen des Beschleunigungssensors Zündenergie an den Treibstoff (24) abgibt.

8. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung (25) einen Zündfunken erzeugen kann, wobei vorzugs¬ weise elektrische Energie aus einer Batterie oder einem Stromgenerator zu¬ geführt wird.

9. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, daß in der Brennkammer (23; 33) eine erste fluide Treibstoff kom- ponente (24; 34, 34') eingefüllt ist, und daß mindestens eine exotherm chemisch mit der ersten reagierende weitere Treibstoffkomponente (24; 34, 34") in die Brennkammer (23; 33) eingespritzt werden kann.

10. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Einspritzsystem mindestens eine in die Brennkammer (23; 33) ragende Einspritzdüse (21; 31, 31') sowie mindestens ein Druckerzeu- gungssystem umfaßt, mit dem der fluide Treibstoff (24; 34, 34') aus dem vorratsbehalter (26; 36, 36') unter Druck gesetzt und der Einspritzdüse (21; 31, 31") zur Einspritzung in die Brennkammer (23; 33) zugeführt werden kann.

11. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckerzeugungssystem einen Antriebsmagneten (15; 35, 35') umfaßt, der aufgrund von zugeführten Stromimpulsen ein Magnetfeld aufbauen und damit einen federbelasteten Antriebskolben (16) in Richtung auf einen federbelasteten Förderkolben (17) beschleunigen kann, wodurch der För- derkolben (17) in Bewegung gesetzt wird und den über ein elektrisch an¬ steuerbares Zulauf ventil (14; 37, 37') aus dem Vorratsbehalter (26; 36, 36') in eine Druckleitung (18) strömenden fluiden Treibstoff (24; 34, 34') unter Druck setzt, so daß er durch die Einspritzdüse (21; 31, 31') in die Brennkammer (23; 33) eingespritzt wird.

12. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Einspritzsystem elektrisch ansteuerbar ist.

13. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuereinheit (13; 13') vorgesehen ist, mit der sowohl aufgrund der elektrischen Signale des Beschleunigungssensors (12) der Ein¬ spritzstart des Einspritzsystems angesteuert als auch aufgrund der Ein¬ spritzdauer und des Einspritzdruckes und/oder aufgrund des intermittie- renden startens einer Anzahl von hintereinanderfolgenden kurzen Ein¬ spritzvorgängen die erzeugte Treibgasmenge geregelt werden kann.

14. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Sensorelemente (12) im Fahrzeug vorgesehen sind, die zur Erfassung solcher Parameter geeignet sind, die die individuelle kinetische Energie des

Fahrzeuginsassen bestimmen, und daß die weiteren Sensorelemente (12) elektrische Signale, die diese Parameter repräsentieren, an die Steuereinheit (13; 13') zur kontinuierlichen Einstellung der zu erzeugenden Gasmenge, des Aufblasdruckes und der Aufblasgeschwindigkeit des Luftsackes übergeben.

15. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Sensorelemente (12) zur Erfassung des Gewichts des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen vorgesehen sind.

16. Aufprallschutzsystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich¬ net, daß Sensorelemente (12) zur Erfassung der Sitzposition des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen vorgesehen sind.

17. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß Sensorelemente (12) vorgesehen sind, die erfassen, ob der Sicherheitsgurt von dem vor und/oder neben dem entsprechenden Air¬ bag sitzenden Fahrzeuginsassen angelegt ist.

18. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch ge- kennzeichnet, daß Sensorelemente (12) zur Erfassung der Stellung des Sitzes des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeugin¬ sassen vorgesehen sind.

19. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch ge- kennzeichnet, daß Sensorelemente (12) zur Erfassung der Kopf höhe des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen vorgesehen sind.

20. Aufprallschutzsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Steuereinheit (13; 13') derart ausgebildet ist, daß die voraussichtliche Auftreffposition und Auftreffgeschwindigkeit des Kopfes des vor und/oder neben dem entsprechenden Airbag sitzenden Fahrzeugin¬ sassen nach Erfassung der Parameter, die die individuelle kinetische Energie des Fahrzeuginsassen bestimmen, durch die Steuereinheit (13; 13') bere- chenbar sind.