-
Die
Erfindung betrifft ein Airbagmodul gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
-
Airbagvorrichtungen
gehören
seit geraumer Zeit zum Stand der Technik und stehen in den unterschiedlichsten
Ausführungsformen
zur Verfügung.
Im allgemeinen sind diese modulartig aufgebaut und umfassen im wesentlichen
einen Container, welcher wenigstens einen gefalteten und mit einem
Gasgenerator wirkverbundenen Gassack aufweist, der mit dem vom Gasgenerator
erzeugten Treibgas aufblasbar ist.
-
In
der Praxis haben sich bestimmte Umstände als besonders beachtenswert
herausgestellt, um bei einer Aktivierung des Airbags die Belastung
auf einen betroffenen Fahrzeuginsassen so niedrig wie möglich zu
gestalten. So ist es beispielsweise bekannt, dass beim Auftreffen
eines Fahrzeuginsassen auf einen aufgeblasenen Gassack der Druck
im Gassack relativ hoch und die durch das Auftreffen des Insassen
auf den Gassack bewirkte Stoßbelastung nicht
unerheblich ist. Um diese Stoßbelastung
abzuschwächen
wird im Stand der Technik vorgeschlagen, eine definierte Treibgasfreigabe
aus dem Gassack vorzusehen, um so den Stoß allmählich und für den Fahrzeuginsassen komfortabler
abzufangen.
-
In
diesem Zusammenhang werden durch die
DE 40 22 420 A1 sogenannte Gasauslässe am Gassack
vorgeschlagen, die ihrerseits zunächst ventilartig mittels Materialstücke aus
einem warmschrumpfenden Material versperrt sind. Sobald Treibgas
in den Gassack einströmt,
schrumpfen diese Materialstücke
und geben dabei die Gasauslässe
frei. Derartige Materialstücke
können
somit als Einwegmaterialien bezeichnet werden, da diese nach dem
besagten Schrumpfvorgang ihre Form beibehalten und einer nochmaligen sagten
Schrumpfvorgang ihre Form beibehalten und einer nochmaligen Verwendung
im Sinne des Verschließens
der Gasauslässe
nicht mehr genutzt werden können.
-
Des
weiteren werden in der
DE
42 34 510 A1 thermisch gesteuerte Entlastungsventile vorgeschlagen,
die ihrerseits aus einer drehbaren Scheibe gebildet sind und von
einer Bimetallfeder angetrieben werden. Zwar ist ein solcherart
ausgebildetes Entlastungsventil nach dem Abkühlen der Bimetallfeder in seine
Ausgangsstellung rückführbar, jedoch
hat sich in der Praxis gezeigt, dass aufgrund der im Airbagsystem
wirkenden hohen Drücke
die ordnungsgemäße Funktion
nicht immer gewährleistet
werden kann, da bimetallische Aktuatoren eine relativ geringe Energiedichte
aufweisen.
-
Ferner
ist es aus der
DE
101 07 273 A1 bekannt, zur Entlüftung des Airbags elektromechanisch betriebe
Ventile, nämlich
in Abhängigkeit
von einem sensierten Innendruck des Airbags und der sensierten Fahrzeugverzögerung angesteuerte
Magnetventile vorzusehen, welche ihrerseits jedoch als kostenintensiv
und aufwendig einzuschätzen
sind.
-
Weiterhin
ist es bekannt, mehrere Gassäcke oder
einen Gassack mit mehreren Kammern vorzusehen, wobei die Gassäcke und/oder
Kammern unterschiedliche Gasinnendrücke aufweisen, um der Belastungsfähigkeit
unterschiedlicher Körperteile Rechnung
tragen zu können.
Mit der
US 6,349,964 B1 wird
demgemäss
eine sogenannte Gassack-Seitenaufprall-Schutzeinrichtung in Form
eines ein Mehrkammersystem aufweisenden Airbags vorgeschlagen. Bei
dieser Airbagvorrichtung wird der vom Gasgenerator erzeugte Gasstrom
mittels aufwendiger bzw. kostenintensiver Ventiltechnik in Form
von beispielsweise elektrisch aktivierbaren Schiebern oder Blenden
auf die Kammern aufgeteilt, wobei die Schieber oder Blenden sensorgesteuert
den freien Querschnitt von entsprechend zugeordneten Einströmöffnungen
begrenzen oder freigeben.
-
Schließlich wurde
durch die
DE 25 03
447 C2 ein luftansaugendes Gassack-Aufprallschutzsystem geschützt, welches
mindestens eine als Rückschlagventil
dienende Klappe an der Innenoberfläche des Gassacks vorsieht,
die normalerweise eine Ansaugöffnung
verschließt,
wenn sich der Gassack im zusammengelegten Zustand befindet, jedoch
in direkter Abhängigkeit
von einem bestimmten vorgegebenen Aufblähzustand des Gassacks die Ansaugöffnung freigibt.
Durch diese Maßnahme
wird zum einen die relativ hohe Temperatur des in den Gassack einströmenden Treibgases
infolge einer Durchmischung desselben mit Umgebungsluft herabgesetzt,
zum anderen kann dadurch der Gasgenerator kleiner ausfallen, woraus
wiederum Material-, Kosten- und
Bauraumersparnisse resultieren. Eine Regelung des Rückschlagventils
unabhängig
vom Aufblähzustand des
Gassacks ist jedoch nicht vorgesehen.
-
Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Airbagmodul zu schaffen, mit welchem kostengünstig und reproduzierbar beliebige
demselben zugeordnete Gasdurchtrittsöffnungen definiert zu verschlossen
und/oder geöffnet
werden können.
-
Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs,
während
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den
Unteransprüchen
entnehmbar sind.
-
Ausgehend
von einem Airbagmodul mit einem Container, in dem ein Gasgenerator
sowie ein Gassack angeordnet sind, wobei letzterer von dem Treibgas
des Gasgenerators aufblasbar ist, wird die gestellte Aufgabe dadurch
gelöst,
dass wenigstens eine mit einem Ventil bestückte Gasdurchtrittsöffnung vorgesehen
ist, wobei das Ventil und/oder ein oder mehrere das Ventil betreibende
Aktuatoren aus einem Material mit einem sogenannten „Formgedächtnis" gebildet sind.
-
Zwar
ist es bereits seit langem bekannt, dass bestimmte Metalllegierungen
den sogenannten „Formgedächtnis-Effekt" aufweisen, jedoch
ist es bisher unbekannt geblieben, derartige Materialien für Ventile
zu nutzen, um Gasdurchtrittsöffnungen
an Airbagmodulen definiert öffnen
und/oder schließen zu
können.
-
In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind das Ventil
und/oder die das Ventil betätigenden
Aktuatoren thermisch anregbar.
-
In
erfinderischer Fortbildung wird des weiteren vorgeschlagen, dass
das Formgedächtnis-Material
durch eine Formgedächtnis-Metalllegierung,
wie eine Nickel-Titan- oder eine Kupfer-Zink-Legierung, eine Formgedächtnis-Keramik
oder ein Formgedächtnis-Polymer
gebildet ist.
-
Weiterhin
wird im Sinne der Erfindung vorgeschlagen, dass das Ventil und/oder
der wenigstens eine Aktuator desselben aus einem Formgedächtnis-Material gebildet
sind, welches einen sogenannten Einweg-Effekt aufweist derart, dass
das Formgedächtnis-Material
durch Erwärmung
von einer vorgeformten ersten Schaltstellung in eine Endstellung überführbar ist.
-
Außerdem können das
Ventil und/oder der wenigstens eine Aktuator desselben aus einem Formgedächtnis-Material
gebildet sein, welches einen sogenannten Zweiweg-Effekt aufweist
derart, dass das Formgedächtnis-Material durch Erwärmung zunächst von
einer vorgeformten ersten Schaltstellung in eine Endstellung überführbar und
schließlich infolge
Abkühlung
wieder in die erste Schaltstellung rückführbar ist.
-
Zudem
wird vorgeschlagen, dass die mit dem erfindungsgemäßen Ventil
bestückte
Gasdurchtrittsöffnung
gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungs form
als Entlastungsöffnung
für ein
definiertes Freigeben von Treibgas beziehungsweise Gasgemisch, bestehend
aus Treibgas und Umgebungsluft, in die Umgebung ausgebildet ist.
-
Gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
wird vorgeschlagen, dass die Gasdurchtrittsöffnung als Einströmöffnung für das definierte Ansaugen
von Umgebungsluft in den Gassack ausgebildet ist.
-
Schließlich wird
beansprucht, dass die wenigstens eine Gasdurchtrittsöffnung der
Airbagvorrichtung im Gehäuse
des Gasgenerators, im Gehäuse
des Containers und/oder im Gassack ausgebildet ist.
-
Zur
Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung
beigefügt.
Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes Airbagmodul
in einer Schnittdarstellung.
-
Demnach
besteht das Airbagmodul aus einem topfartig gestalteten Container 1 mit
einem am Boden 2 desselben in einer Ausnehmung fest angeordneten
und mittels mechanischer Befestigungsmittel 3 wie Schrauben
oder Niete befestigten Gasgenerator 4. Ferner weist der
Container 1 einen im Ausgangszustand gefalteten Gassack 5 auf,
der seinerseits an die Wandung 6 des Containers 1 gasdicht angeschlossen
und mittels durch den Gasgenerator 4 im Aktivierungsfall
erzeugten Treibgases 7 aufblasbar ist.
-
Der
Gasgenerator 4 ist im allgemeinen zylindrisch ausgebildet
und verfügt
vorliegend über
eine Mehrzahl seitlich über
den Umfang desselben verteilte Gasausströmöffnungen 8.
-
Gemäß der einzigen
Figur sind des weiteren in der Wandung 6 des Containers 1 eine
oder mehrere jeweils mit einem Ventil 9 bestückte Gasdurch trittsöffnungen 10 in
Form von sogenannten Entlastungsöffnungen
vorgesehen, wobei das vorliegend in Form einer Ventilklappe ausgebildete
Ventil 9 geeignet ist, die Gasdurchtrittsöffnung 10 zu
verschließen.
-
Erfindungsgemäß ist nunmehr
das Ventil 9 beziehungsweise die Ventilklappe aus einem
Material mit einem sogenannten „Formgedächtnis" gebildet.
-
Bestimmte
Formgedächtnis-Materialien
sind im Gegensatz zu drucksensitiven Formgedächtnis-Materialien thermisch
anregbar und haben die an sich bekannte Eigenschaft, nach relativ
starker Verformung ihre ursprüngliche
Gestalt durch Erwärmung auf
eine bestimmte kritische Temperatur wieder anzunehmen.
-
Werden
somit Teile aus einem derartigen Formgedächtnis-Material zunächst verformt
und danach auf eine materialspezifisch kritische Temperatur erwärmt, so
erlangen diese wieder ihre ursprüngliche Form
bzw. Geometrie; die vorgenommene Verformung kann sozusagen durch
Erwärmung
des Teiles wieder rückgängig gemacht
werden.
-
Als
besonders geeignet haben sich insoweit Metalllegierungen, wie Nickel-Titan-
oder Kupfer-Zink-Legierungen erwiesen, wobei hier der Formgedächtnis-Effekt
auf einer sogenannten thermoelastischen Martensitumwandlung einer
reversiblen und diffusionslosen, durch Scherung der Kristallgitterebenen
bedingten Phasenumwandlung beruht. Die Abkühlung der als Austenit bezeichneten
Hochtemperaturphase unter die für
die gewählte
Legierung jeweils spezifische Martensitstarttemperatur führt zu der
besagten Strukturumwandlung ohne Gestaltänderung und ohne irreversible
plastische Verformung, wie sie beispielsweise für Stähle zu verzeichnen ist. Die
genannten Metalllegierungen lassen sich im martensitischen Zustand
leicht verformen, wobei diese Verformung solange anhält, wie
sich die Legierung im martensitischen Zustand befindet. Wird die
Legierung nunmehr oberhalb der Austenitstarttemperatur erwärmt, führt dies
zu einer Rückführung in
den ursprünglichen
Zustand.
-
Die
Umwandlung und Rückumwandlung
von Martensit in Austenit findet bei unterschiedlichen Temperaturen
statt, so dass eine Hystereseschleife durchlaufen wird.
-
In
Ausnutzung der vorstehenden besonderen Eigenschaften derartiger
Formgedächtnis-Materialien
kann das Ventil 9, hier in Form einer Ventilklappe, z.
B. als normal geschlossenes oder normal offenes Ventil 9 ausgebildet
und so eingestellt sein, dass der Stoß eines Fahrzeuginsassen auf
den Gassack 5 infolge eines Crashereignisses allmählich und
für den
Fahrzeuginsassen komfortabler abgefangen wird, indem Treibgas 7 aus
dem Gassack bzw. den Container definiert freigegeben wird.
-
Die
Bezeichnung „Normal
geschlossen" bedeutet
in diesem Fall, dass das Formgedächtnis-Material
derart eingestellt/umgeformt ist, dass zunächst die Gasdurchtrittsöffnung 10 in
Form einer Entlastungsöffnung
durch das Ventil 9 geschlossen ist. Infolge einer Aktivierung
des Gasgenerators 4 werden heiße Treibgase 7 erzeugt,
die den Gassack 5 aufblasen und thermisch auf das Ventil 9 einwirken.
Dadurch öffnet
sich das Ventil 9, indem dessen vorgeformtes Formgedächtnis-Material
durch Erwärmung seinen
ursprünglichen
Zustand einnimmt und somit die Gasdurchtrittsöffnung 10 freigibt.
-
Ebenso
kann das Formgedächtnis-Material auch
derart eingestellt sein, dass das Ventil 9 erst nach einem
definierten Zeitraum oder erst bei einer hohen Gastemperatur öffnet, welches
im Ergebnis zu einer vorübergehenden
Druckerhöhung
im Gassack 5 führt.
-
Denkbar
ist es nämlich,
dass eine automatische Kompensation der temperaturabhängigen Leistungsabgabe
des Gasgenerators 4 derart realisierbar ist. Dabei wird
berücksichtigt,
dass der Gasgenerator 4 bei niedrigen Außentemperaturen
(z. B. –30°C) eine geringere
Anfangsleistung aufweist, wodurch das Ventil 9 später öffnet und
somit anfangs länger als
bei Normaltemperatur einen höheren
Gegendruck ermöglicht.
-
Zudem
ist es möglich,
dass der Gasgenerator bei höheren
Außentemperaturen
(z. B. +80°C) eine
deutlich höhere
Anfangsleistung aufweist, wodurch das Ventil 9 schneller
erwärmt
wird und dadurch früher öffnet sowie
Treibgas 7 druckentlastend aus dem Gassack entweichen lässt. Dadurch
wird vorteilhaft erreicht, dass der Gasgenerator 4 bei
hohen Außentemperaturen
den Gassack 5 weniger aggressiv aufbläst.
-
Des
weiteren kann das Ventil 9 im Ausgangszustand auch geöffnet sein
(normal offen), um den den Gassack effektiv aufblasenden Massestrom
unmittelbar nach der Zündung
des Gasgenerators 4 zunächst
klein zu halten. Erst nach einem bestimmten Zeitraum werden infolge
der Erwärmung
des Formgedächtnis-Materials
ein oder mehrere Ventile 9 teilweise oder voll geschlossen,
um die maximale Gasgeneratorleistung verzögert zur Verfügung zu
stellen.
-
Beispielsweise
könnte
durch diese Maßnahme
erreicht werden, mit einem einstufigen Gasgenerator 4 und
selbsttätig
wirkendem Ventil 9 die Wirkungsweise eines zweistufigen
Gasgenerators 4 zu erzielen, woraus erhebliche Kosteneinsparungen
zu verzeichnen wären.
-
Weiterhin
kann das Formgedächtnis-Material
auch derart eingestellt sein, dass ein Schaltverhalten eines Ventils 9 geschaffen
wird, welches temperaturabhängig
auch etwaige gewünschte
Zwischenstellungen des Ventils 9, also etwa den Gasdurchfluss
vermindernde oder erhöhende
Schaltstellungen realisiert.
-
Vorstehend
wurden im wesentlichen Ventile 9 aus einem Formgedächtnis-Material
beschrieben, welches seinerseits den sogenannten Einweg-Effekt aufweist,
d. h., durch Erwärmung
von einer vorgeformten ersten Schaltstellung in eine Endsstellung (ggf. über eine
Zwischenstellung) überführbar ist.
Bei einem erneuten Abkühlen
und Erwärmen ändert sich die
Gestalt eines solchen Ventilbauteils dann nicht mehr. Das gewünschte Formgedächtnis muss
dem entsprechend ausgebildeten Teil erst wieder eingeprägt werden,
um den gewünschten
Effekt nochmals erzielen zu können.
-
Durch
die Erfindung mit erfasst, sind jedoch auch Ventile 9 aus
Formgedächtnis-Materialien,
die ihrerseits den sogenannten Zweiweg-Effekt aufweisen. Das bedeutet
im wesentlichen, dass sich die gewählte Formgedächtnis-Legierung nach einer
Ausgangsdeformation nicht nur an ihren ursprünglichen Zustand (infolge Erwärmung),
sondern sich während der
Abkühlung
auch wieder an die Ausgangsdeformation erinnert.
-
In
diesem Fall ist im Formgedächtnis-Material
nicht nur die Überführung durch
Erwärmung
von einer ersten Schaltstellung zu einer Endstellung eingeprägt/gespeichert,
sondern infolge Abkühlung
auch die Rückführung von
der ursprünglichen
Endstellung zur ersten Schaltstellung. Dadurch ist ein weites Feld für die definierte
Steuerung von Ventilen 9 auch ohne aufwendige und kostenintensive
herkömmliche
Steuerungs- und Regelungseinrichtungen eröffnet.
-
Für den Fachmann
ist in Kenntnis der Erfindung sicherlich leicht nachvollziehbar,
dass somit derartig ausgebildete Ventile 9 hervorragend
geeignet, gewünschte
Schaltstellungen reproduzierbar zu gestalten. Ein Auswechseln von
Ventilen 9 nach einer Aktivierung eines Airbags oder ein
erneutes Einprägen
des Formgedächtnisses
wird insoweit entbehrlich.
-
Das
vorstehende Ausführungsbeispiel
stellt auf Ventile 9 ab, die ihrerseits selbst aus einem
Formgedächtnis-Material
bestehen (Ventilklappe selbst). Durch die Erfindung mit erfasst
werden jedoch auch Ventile 9, die ihrerseits mittels eines
in geeigneter Weise ausgebildeten Aktuators aus einem Formgedächtnis-Material
betrieben werden. So kann ein solcher Aktuators z. B. durch ein
Bügelelement
gebildet sein, welches auf eine herkömmliche Ventilklappe wirkt
(nicht näher
dargestellt). Weitere mögliche
Ausbildungsformen können
diesbezüglich
nahezu unbegrenzt angegeben werden, würden jedoch den Rahmen der
Patentanmeldung sprengen.
-
Wie
der einzigen Figur weiter zu entnehmen ist, sind des weiteren Gasdurchtrittsöffnungen 11 im Boden 2 des
Containers 1 in Form von Einströmöffnungen vorgesehen, die ihrerseits
ebenfalls mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Ventil 12 bestückt sind.
-
Wie
bereits in der Beschreibungseinleitung näher erläutert, dienen diese Einströmöffnungen
im wesentlichen dazu, zum einen die relativ hohe Temperatur des
in den Gassack 5 strömenden
Treibgases 7 infolge einer Durchmischung desselben mit Umgebungsluft 13 herabzusetzen,
zum anderen kann dadurch der Gasgenerator 4 kleiner ausfallen, woraus
wiederum Material-, Kosten- und Bauraumersparnisse resultieren.
-
Durch
die Verwendung von Ventilen 12 bzw. dieselben betreibende
Aktuatoren aus einem Formgedächtnis-Material
kann nunmehr mit einfachsten Mitteln Umgebungsluft 13 definiert
gesteuert in den Gassack 5 eingebracht werden, indem das
Formgedächtnis-Material
in einer gewünschten
Weise derart temperaturabhängig
eingestellt wird, dass beispielsweise anfangs der Strö mungsquerschnitt
der Gasdurchtrittsöffnungen 11 größer gehalten
wird und nach einer bestimmten Durchmischung von Treibgas 7 und
Umgebungsluft 13 das Ventil 12 geschlossen wird.
-
Auch
hier sind die verschiedensten Schaltstellungen denkbar und orientieren
sich im wesentlichen am Temperaturverhalten des Treibgases 7 oder des
erzeugten Gasgemisches aus Treibgas 7 und Umgebungsluft 13 innerhalb
des Gassacks 5.
-
Neben
den vorstehend beschriebenen Formgedächtnis-Metalllegierungen können auch Formgedächtnis-Keramiken
und Formgedächnis-Polymere im
Sinne der Erfindung Verwendung finden und sind demgemäss durch
die Erfindung mit erfasst.
-
Gerade
Formgedächtnis-Polymere
zeichnen sich dadurch aus, dass sie stärker verformbar sind als Metalle
und Keramiken, deren Erinnerungseffekt wie oben bereits ausgeführt auf
einer Umwandlung des Kristallgitters beruht.
-
So
lassen sich bei Formgedächtnis-Polymeren
insbesondere die Übergangstemperaturen,
die zwischen minus 70°C
und plus 180°C
liegen können, sowie
deren mechanische Eigenschaften äußerst präzise einstellen.
-
Danach
bieten sich beispielsweise Ventile 9 in Form von folienartigen
Ventilklappen aus Formgedächtnis-Polymeren
besonders gut für
Gasdurchtrittsöffnungen 14 im
Bereich des Gewebes des Gassacks 7 an, indem beispielsweise
zunächst
eine die Gasdurchtrittsöffnung 14 abdeckende
folienartige Ventilklappe 15 sich infolge Erwärmung zusammenrollt
und die Gasdurchtrittsöffnung 10 freigibt.
-
- 1
- Container
- 2
- Boden
- 3
- Befestigungsmittel
- 4
- Gasgenerator
- 5
- Gassack
- 6
- Wandung
des Containers 1
- 7
- Treibgas
- 8
- Gasausströmöffnung
- 9
- Ventil
- 10
- Gasdurchtrittsöffnung (Entlastungsöffnung)
- 11
- Gasdurchtrittsöffnung (Einströmöffnung)
- 12
- Ventil
- 13
- Umgebungsluft
- 14
- Gasdurchtrittsöffnung
- 15
- Folienartige
Ventilklappe