DE3147780C2

DE3147780C2 -

Info

Publication number: DE3147780C2
Application number: DE3147780A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: TRW Automotive Products Inc
Current assignee: ZF Passive Safety Systems US Inc
Priority date: 1981-02-26
Filing date: 1981-12-03
Publication date: 1987-11-26
Also published as: DE3147780A1; US4394033A; CA1183884A; JPS6349659B2; JPS57144152A

Description

Die Erfindung betrifft eine passive Aufprallschutzvor richtung für Kraftfahrzeuginsassen, nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs.

Aus der DE-OS 20 56 101 ist eine passive Aufprallschutz vorrichtung für Kraftfahrzeuginsassen bekannt, bei wel cher der Druck im Inneren eines durch einen Strömungs mittelgenerator aufgeblasenen Kissens durch eine Druck entlastungseinrichtung begrenzt wird, die am Gasgenera tor angebracht ist und zunächst durch den festen Brenn stoff des Gasgenerators verschlossen ist, um erst nach einer definierten Brenndauer frei zu werden. Nach dem anfangs schnellen Auffüllen des Kissens setzt eine Dämpfungswirkung ein, durch die der Fahrzeuginsasse über einen längeren Zeitraum geschützt werden soll.

Aus der US-PS 31 72 684 ist ferner eine passive Aufprall schutzvorrichtung für Kraftfahrzeuginsassen bekannt, bei welcher ein Druckentlastungsventil den Aufblasdruck im Inneren des aufgeblasenen Kissens begrenzt. Das Druck begrenzungsventil weist einen durch eine Schraubenfeder vorgespannten Schließkörper auf, der bei Überschreiten eines Grenzdrucks von seinem Sitz abgehoben wird.

Bei solchen Aufprallschutzvorrichtungen enthält der Gas generator ein Treibmittel im Inneren eines zylindrischen Behälters, der von einer Zündladung umgeben ist. Eine Zündvorrichtung spricht auf das von einem Aufprallsensor erzeugte Signal an, um die Zündladung über eine Zündlei tung zu zünden, wodurch wiederum das Treibmittel gezün det wird. Die durch das Treibmittel erzeugten Gase werden gefiltert, abgekühlt und durch Öffnungen in einem Gas diffusor in das aufblasbare Kissen geleitet, welches aus einem engmaschigen Gewebe, beispielsweise aus Polyamid, besteht.

Das Volumen, der Druck und die Temperatur der Gase während des sehr kurzen Zeitintervalls zwischen Zündauslösung und vollständiger Entfaltung des Kissens hängen ebenso wie die Geschwindigkeit der Zündung, der Verbrennung und der Gaserzeugung von der Umgebungstemperatur ab. Bei höheren Umgebungstemperaturen werden höhere Aufblasdrücke und höhere Entfaltungsgeschwindigkeiten des Kissens erreicht. Durch die Erhitzung beim Abbrennen des Treibmittels stellt sich eine weitere Volumenzunahme ein.

Für die zuverlässige Funktion der Aufprallschutzvorrich tung wird aber angestrebt, daß die Aufblasgeschwindigkeit und der Aufblasdruck möglichst unabhängig von Temperatur schwankungen sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Temperaturabhängigkeit der Aufblasgeschwin digkeit und des Aufblasdrucks bei einer passiven Aufprall schutzvorrichtung der eingangs angegebenen Art zu vermin dern.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebe nen Maßnahmen gelöst.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Figu ren näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des Vor dersitzes eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Gasgenerator mit dem zugeordneten aufge blasenen Kissen gezeigt ist,

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

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, bei der jedoch die Entlüftungswirkung durch ein Konusteil nach der Gasgeneratorzündung gezeigt ist,

Fig. 4 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, bei der jedoch das Konusteil im abdichtenden Zustand gezeigt ist, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die einen Vergleich der entlüfteten mit einer nicht entlüfteten Aufprallschutzvorrichtung zeigt.

Fig. 1 zeigt schematisch den Einsatzbereich der Aufprallschutz vorrichtung, deren Gasgenerator 10 im Querschnitt innerhalb des vorderen Abschnitts eines Kraftfahrzeuges 12 gezeigt ist, wobei das zugehörige Kissen 14 im aufgeblasenen Betriebszustand vorliegt.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt der Gasgenerator 10 eine generell zylindrische Aufblasvorrichtung 16, die inner halb eines Diffusors angeordnet ist, wobei beide hinsicht lich 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 mittels der elektrischen Drähte 22 gezündet werden. Der Zünder ist durch die Platte 21 von der Zündschnur 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 Zündschnur 20.

Das Haupttreibmittel umfaßt Pellets 32, die um das Zünd stoffrohr 30 herum und innerhalb eines rohrförmigen Treib mittelkanisters 36 angeordnet sind. Typischerweise werden derartige Treibmittelpellets aus Granulaten einer gaser zeugenden Verbindung gepreßt, die zum Beispiel Natriumazid und ein Metalloxid enthalten. Zwischen dem Treibmittelkanister 36 und einem äußeren Gehäuse 38 der Aufblasvorrichtung, das bei 48 perforiert ist, ist ein ringförmiger Filter 40 angeordnet, um unerwünschte Feststoffe aus den Ver brennungsprodukten, die während der Zündung entstehen, fernzuhalten. Derartige Filter sind gut bekannt und können aus Kombinationen von perforiertem Metall, Glasfaser, Stahlwolle und Siebe etc. bestehen.

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 16 abdichtet.

Das Gehäuse 38 der Aufblasvorrichtung ist umgeben von einem zylindrischen Metalldiffusor 18 mit Perforationen 54, die auf ihm umfangsmäßig und der Länge nach verteilt sind und Zugang zum Inneren des Kissens 14 herstellen. Das Kissen 14 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 Konusteil 64 nach Art einer Kappe in Eingriff. Das Konusteil 64 hat einen radialen, scheibenförmigen Steg 66, der eine Öffnung 68 aufweist, mit der er an einem Teil der Gehäusekappe 50 der Aufblasvorrichtung anliegt und zwischen der Gehäusekappe 50 und dem Zün dungsgehäuse 52 festgehalten wird. Das Konusteil 64 besteht aus einem Material, dessen Flexibilität mit der Temperatur zunimmt.

Der Steg 66 endet an seinem radial äußeren Rand in einem ringförmigen Randteil 74. Dieser Randteil 74, der an den Diffusorzylinder angrenzt, ist axial und radial als Stufe 76 abgesetzt und wirkt mit der Diffusor kante 62 dichtend zusammen. Radial nach innen von der Stufe 76 ist eine ringförmige Lippe 78 angeordnet, die gleitend zwischen der radialen Innenfläche des Diffu sors 18 und der radialen Außenfläche des Gehäuses 38 der Aufblasvorrichtung eingepaßt ist.

Am gegenüberliegenden Ende des Generators wird das Ende 61 des Diffusors 18 mittels eines Schraubbolzens 102 und einer Mutter 104 gegen einen Teil des Trägergehäu ses 100 gezogen, wobei auch die Wand des Kissens 14 eingespannt und abgedichtet wird. Der größere Teil des Generators 10 ist auf diese Art und Weise innerhalb des Kissens 14 angeordnet, wobei das Konusteil 64 außerhalb des Kissens bleibt.

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

Im folgenden soll die Arbeitsweise der Vorrichtung be schrieben werden.

Ein Aufprallsensor zündet über Drähte 22, den Zünder 24 und die Zündschnur 20 die Zündstoffladung 28 , die ihrer seits das Haupttreibmittel 32 zündet. Die durch die Zün dung und die anschließende Verbrennung erzeugten Gase strömen durch den Filter 40, der unerwünschte Gasbe standteile entfernt, nach außen. Das gereinigte und aus dem Filter 40 austretende Gas tritt in das Gehäuse 38 der Aufblasvorrichtung durch die Perforationen bzw. Lö cher 48 ein und strömt in die Kammer 49 zwischen dem Gehäuse 38 und dem Diffusor 18.

Das Gas innerhalb der Kammer 49 ist dabei bestrebt, durch die Diffusorperforationen 54 auszutreten, während es ebenfalls axial gegen die Lippe 78 und den Steg 66 des Konusteils 64 drückt.

Wenn die Vorrichtung im höheren Temperaturbereich arbei tet, mit der entsprechend gesteigerten Verbrennungsge schwindigkeit des Treibmittels und der gesteigerten vo lumetrischen Geschwindigkeit der Gaserzeugung, führen derart höhere Temperaturen zu einer vergrößerten Flexi bilität des Steges 66 und gleichzeitig zu einem erhöhten Druck in der Kammer 49, wodurch die Stufe 76 des Rand teils 74 axial aus ihrer normalen Dichtstellung an der Diffusorkante 62 bewegt wird.

Solange die Kraft des Druckes innerhalb des Diffusors 18 größer bleibt als die auf die Lippe 78 und ihren freige legten Ringbereich wirkende Rückstellkraft, wird das Ko nusteil 64 - wie in Fig. 3 gezeigt - in Offenstellung bleiben. Sobald die Druckkräfte des Gases gleich oder geringer werden als die Rückstellkraft des Konusteils 64, gelangt dieses in seine in Fig. 4 gezeigte Schließstel lung.

Auf diese Art und Weise kann ein gewisser Anteil des Gas volumens aus dem Generator austreten, während der übrige Teil durch die Perforationen 54 in das Kissen 14 gelangt.

Das Material des Konusteils 64 und seine physikalischen Abmessungen sind derart gewählt, daß sich die Druckentla stungsvorrichtung leichter bei höheren Temperaturen als bei niedrigen öffnet, d. h. daß das Konusteil bei niedri gen Temperaturen in seiner Dichtstellung an der Kante 62 bleibt, sich jedoch bei höheren Temperaturen und entspre chenden Drücken öffnet und dann größere Gasmengen entwei chen läßt.

Fig. 5 zeigt eine Graphik, in der Versuchsergebnisse auf geführt sind, die die Wirkung der erfindungsgemäßen Vor richtung in durchgehenden Linien der Wirkung einer nicht druckentlasteten Vorrichtung in gestrichelten Linien gegenüberstellt. Die Vorrichtungen wurden jeweils in einem 292 000 cm³ Versuchstank angeordnet, der das Kis sen simuliert, wobei Meßinstrumente verwendet wurden, um den Gasdruck vom Augenblick der Zündung an bis über 100 Millisekunden (ms) hinaus aufzuzeichnen. Während die gesamte übrige Vorrichtung ohne Druckentlastung in nerhalb des Versuchstanks angeordnet wurde, blieb die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Diffusorende 60 außerhalb des Versuchstanks bzw. -behälters. Es sollte erwähnt werden, daß der Druck von 140 kPa dem Behälter druck bei einer vollständigen Kissenentfaltung entspricht.

Um die Überlegenheit der vorliegenden Erfindung aufzuzei gen, wurde jede Vorrichtung zuerst mindestens 4 Stunden lang bei drei verschiedenen Temperaturen stabilisiert:

Bei den mit dem Buchstaben A bezeichneten Kurven wurde auf eine Temperatur von - 28,9°C abgekühlt, bei den mit B bezeichneten Kurven wurde bei Raumtemperatur von 21,1°C gearbeitet; die mit C bezeichneten Kurven entsprechen einer Erwärmung auf 82°C.

Die drei Kurven für die erfindungsgemäße Vorrichtung lie gen innerhalb eines sehr eng begrenzten Bereiches. Bei einer druckentlasteten kalten Vorrichtung weicht die Zeit von der Zündung bis zum Erreichen eines Behältergasdruckes von 140 kPa lediglich um 12 ms von derjenigen für eine druckentlastete heiße Vorrichtung ab; die Vorrichtung ohne Druckentlastung weist hingegen eine Abweichung von 26 ms auf.

Es ist ersichtlich, daß mit der erfindungsgemäßen Vor richtung bei hohen Betriebstemperaturen die Betriebs drücke innerhalb von annähernd 42 ms erreicht werden, und innerhalb von ungefähr 54 ms bei niedrigen Tempera turen. Bei der Vorrichtung nach dem Stand der Technik werden 140 kPa in ungefähr 27 ms erreicht, wenn hohe Temperaturen herrschen, bei niedrigen Temperaturen je doch in mehr als 53 ms.

Für die Vorrichtung ohne Druckentlastung ist aus den Kur ven der Fig. 5 ersichtlich, daß die maximale Heiß-Kalt- Ausgangsdruckdifferenz, die etwa um 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 Druckentlastung ist das Verhältnis der maximalen Differenz zwischen heißen und kalten Drücken zum maximalen Behälterdruck bei Raum temperatur ersichtlich weniger als die Hälfte des obigen Wertes. Da ein ideales System keine Druckdifferenz zwi schen hohen und niedrigen Temperaturen haben würde, ver deutlicht die niedrigere Druckdifferenz der erfindungsge mäßen Vorrichtung die Verbesserung.

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

Die Zündschnur 20 wird z. B. durch einen Titan-Kalium chlorat-Zünder 24 gezündet. Das Zündstoffgemisch besteht aus Natriumazid und Kaliumperchlorat, aus dem Pellets bzw. Kügelchen 28 gebildet werden, die in der perforier ten Hülle 30 enthalten sind. Das Treibmittel 32 hat ebenfalls Pelletform bzw. die Form von Kügelchen, die Natriumazid und Eisenoxid enthalten.

Das Konusteil 64 bestand aus Polyamid oder Polyester, mit einem Steg 66 mit einer Dicke von ungefähr 6 mm, während der ringförmige Randteil 74 eine Dicke von ungefähr 7 mm aufwies. Der Konusdichtungsteil, der an das axiale Ende 62 des Diffusors 18 angrenzt, hat einen Flächeninhalt von un gefähr 10 cm². Der Gesamtflächeninhalt sämtlicher Diffu sorentlüftungsöffnungen beträgt dagegen etwa 15 cm². Wenn der Gasdruck derart ansteigt, daß er das Konusteil aus seiner Schließstellung bewegt, wird der Durchströmquer schnitt um etwa 67% vergrößert.

Claims

Passive Aufprallschutzvorrichtung für Kraftfahrzeug insassen, mit
- a) einem aufblasbaren Kissen,
- b) einem Strömungsmittelgenerator, der funktionell mit dem Kissen verbunden ist,
- c) Mitteln, um den Generator zu zünden und Strömungs mittel zum Aufblasen zu erzeugen,
- d) Strömungsmittelwegen im Generator, die das Strömungs mittel in das aufzublasende Kissen leiten, und
- e) Druckentlastungsmitteln, die in Abhängigkeit von dem Aufblasdruck das Ablassen von Strömungsmittel aus Generator und Kissen in die Atmosphäre bewirken,
dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentlastungsmittel durch ein elastisches Konusteil (64) gebildet sind, dessen Flexibilität mit steigender Temperatur zunimmt und das eine koaxial zum Generator (10) angeordnete Öffnung (68) sowie einen flexiblen Steg (66) aufweist, der ausgehend von einem sich axial erstreckenden zylin drischen Randteil (74) in einer sich axial erstreckenden Lippe (78) endet, die das Generatorende abschließt, in dem sie am Rand (62) des Generatorgehäuses anliegt, und die eine Ausströmöffnung freigibt, wenn außer einer vorgegebenen Betriebstemperatur auch ein bestimmter Gasdruck erreicht ist.