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Die
Erfindung betrifft eine Insassenschutzvorrichtung für ein
Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Insassenschutzvorrichtungen
für Kraftfahrzeuge mit Airbagmodulen und darin angeordneten aufblasbaren
Airbags sind im Stand der Technik bekannt. Die aufgeblasenen Airbags
haben die Aufgabe, den Insassen davor zu schützen im Unfall
auf die von dem Airbag abgedeckte Struktur des Kraftfahrzeuges aufzutreffen
und sich dadurch Verletzungen zuzufügen. Ferner können
Airbags dazu genutzt werden, bestimmte Körperpartien des
Insassen gesondert zu schützen oder den Bewegungsablauf
des Insassen während des Unfalles zu beeinflussen.
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Das
Airbagmodul ist mit einem Gehäuse fest an dem Kraftfahrzeug
befestigt und weist einen in dem Gehäuse fest angeordneten
Gasgenerator und einen durch den Gasgenerator aufblasbaren Airbag auf.
Der Airbag wird aus dem feststehenden Gehäuse heraus aufgeblasen
und deckt anschließend einen vorbestimmten Teil der Struktur
des Kraftfahrzeuges, wie z. B. das Lenkrad, die Windschutzscheibe,
die innere Seitenstruktur etc. ab, so dass die Verletzungsgefahr
des Insassen beim Aufprall auf die Struktur des Kraftfahrzeuges
vermindert wird.
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Die
Insassenschutzvorrichtung kann zusätzlich durch einen Sicherheitsgurt
ergänzt werden, welcher die Aufgabe besitzt, den Insassen
möglichst frühzeitig an die Fahrzeugverzögerung
anzu koppeln. Die Ankoppelung des Insassen an die Fahrzeugverzögerung
kann durch die Verwendung von reversiblen oder irreversiblen Straffeinrichtungen
weiter verbessert werden. Ferner sind moderne Sicherheitsgurte mit
Kraftbegrenzungseinrichtungen versehen, die eine kraftbegrenzte
Vorwärtsverlagerung des Insassen zulassen, und dadurch
die Insassenbelastung reduzieren. Die kraftbegrenzte Vorwärtsverlagerung
des Insassen wird dann dadurch gestoppt, indem der Insasse dann
durch den aufgeblasenen Airbag aufgefangen wird. Im Idealfall sind
der Sicherheitsgurt und der Airbag unter Berücksichtigung
der Steifigkeit des Kraftfahrzeuges so aufeinander abgestimmt, dass
die Insassenbelastung zu jeder Phase des Unfalles so gering wie
möglich ist.
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Im
Allgemeinen ist es wichtig für einen guten Schutz des Insassen,
dessen Vorwärtsverlagerung im Unfall so früh wie
möglich zu verzögern, so dass die Belastung des
Insassen beim Aufprall auf die durch den Airbag abgedeckte Struktur
so gering wie möglich ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Insassenschutzvorrichtung für
ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit der die Belastungswerte für
den Insassen im Unfall weiter gesenkt werden können.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Insassenschutzvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte
Weiterentwicklungen der Erfindung sind den Unteransprüchen,
den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Der
Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Airbagmodul,
in Abkehr von der im Stand der Technik bekannten Lösung,
bei der das Airbagmodul fest an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist,
nunmehr beweglich an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, und beim
Aufblasen des Airbags eine von dem Kraftfahrzeug weg gerichtete
Relativbewegung ausführt. Aufgrund der beweglichen Anordnung
des Airbagmoduls und der von dem Airbagmodul ausgeführten
Relativbewegung wird das Airbagmodul von dem Kraftfahrzeug weg bewegt
und im Umkehrschluss auf den Insassen hinzubewegt, so dass der Insasse
um den Weg der Relativbewegung früher von dem Airbag aufgefangen
wird. Dieses frühere Auffangen des Insassen führt
zu einem frühzeitigeren Verzögern der Bewegung
der Vorwärtsverlagerung. Aufgrund des großflächigen
den Insassen auffangenden Airbags wird die Belastung bei der Verzögerung des
Insassen großflächig und frühzeitiger
auf diesen verteilt, so dass sich eine wesentlich geringere Belastung
bezogen auf die Körperfläche des Insassen bei verbesserter
Rückhaltung ergibt. Der Begriff Kraftfahrzeug im Sinne
des Anspruchs 1 soll so verstanden werden, dass damit der Teil des
Kraftfahrzeuges gemeint ist, an dem das Airbagmodul angeordnet ist.
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Da
es sich bei dem Airbagmodul mit dem darin angeordneten Airbag um
ein sicherheitsrelevantes Bauteil von großer Bedeutung
für den Insassenschutz handelt, erscheint die bewegliche
Anordnung des Airbagmoduls selbst zunächst widersinnig,
erweist sich dann aber überraschend doch als positiv hinsichtlich
der Schutzfunktion und der Insassenbelastung, da durch die vorgeschlagene
Lösung wertvolle Zeit für die Ankopplung des Insassen
gewonnen wird. Die Erfindung löst sich damit von einem
zunächst unumstößlich erscheinenden Grundsatz
der festen Befestigung des Airbagmoduls und beschreitet in der beweglichen
Anordnung einen vom Prinzip her grundsätzlich neuen Ansatz,
indem durch die bewusst geschaffene Beweglichkeit des Airbagmoduls dieses
eine Bewegung ausführen kann, die letztlich in Er gänzung
zu dem Airbag selbst zu einem verbesserten Schutz des Insassen beiträgt.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Airbagmodul und dem Kraftfahrzeug
Mittel zur Begrenzung der Relativbewegung vorgesehen sind. Durch
die vorgeschlagenen Mittel zur Begrenzung der Relativbewegung wird
sichergestellt, dass die durch die Beweglichkeit des Airbags zu
dem Kraftfahrzeug geschaffene Entkoppelung begrenzt ist, und der
Airbag nach dem Aufblasen eine für den Insassen günstige
Extremstellung nicht überschreiten kann.
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Diese
Begrenzung der geschaffenen Beweglichkeit zwischen dem Airbagmodul
und dem Kraftfahrzeug kann weiter verbessert werden, indem die Mittel
dazu eingerichtet sind, eine Drehbewegung des Airbagmoduls gegenüber
dem Kraftfahrzeug zu begrenzen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn
der Airbag durch die Ausführung einer Drehbewegung seine
Geometrie relativ zu dem Insassen und/oder dem Kraftfahrzeug verändern
würde.
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Eine
besonders einfache Art der Erzeugung der Relativbewegung kann dadurch
verwirklicht werden, indem der Airbag derart geformt ist, dass dieser beim
Aufblasen an seiner dem Kraftfahrzeug zugewandten Seite eine Zugkraft
in Richtung der Relativbewegung erzeugt. Insbesondere bei in dem
Lenkrad angeordneten Fahrerairbags tritt zum Ende des Aufblasvorganges
ein sogenannter Fangschlag auf, bei dem durch das radiale Aufweiten
des Airbags eine von dem Lenkrad weg gerichtete Zugkraft in der
dem Lenkrad zugewandten Seite des Airbags erzeugt wird, welche dann
dazu genutzt wird, die gewünschte Relativbewegung des Airbagmoduls
zu bewirken.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass der Airbag eine verschließbare
Ventilationsöffnung aufweist und Mittel vorgesehen sind,
mit denen die Ventilationsöffnung in Abhängigkeit
von dem Aufblaszustand des Airbags und/oder dem Insassentyp und/oder
der Sitzstellung verschließbar ist. Durch die Ventilationsöffnung
kann die Schutzwirkung des Airbags verändert werden, wobei
der Airbag bei geschlossener Ventilationsöffnung eher eine
festere Struktur für den auftreffenden Insassen darstellt,
und bei einer offenen Ventilationsöffnung eher eine weichere
Struktur für den Insassen darstellt.
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In
diesem Fall wird vorgeschlagen, dass die Mittel durch eine oder
mehrere mit dem Kraftfahrzeug verbundene Zugleinen gebildet sind.
Durch die vorgeschlagenen Zugleinen wird die Ventilationsöffnung während
des Aufblasens des Airbags ab dem Überschreiten eines durch
die Länge der Zugleinen vorgegebenen Weges während
der Relativbewegung automatisch verschlossen. Sofern der Insasse
vor dem Unfall eine sehr weit von der durch den Airbag abzudeckenden
Struktur entfernte Position eingenommen hat, wird der Airbag dann
zunächst vollständig aufgeblasen, und der Insasse
trifft auf einen eher harten Airbag. Dies ist daher sinnvoll, da
es sich bei Insassen, die eine weit entfernte Position von dem Lenkrad einnehmen,
eher um große und schwere Insassen handelt, zu deren Auffangen
ein möglichst harter Airbag erforderlich ist.
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Damit
die Richtung der Relativbewegung vorgegeben ist, wird weiter vorgeschlagen,
dass an dem Kraftfahrzeug eine Führung vorgesehen ist,
in der das Airbagmodul wenigstens mit einem Teil geführt
ist.
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In
diesem Fall kann die Führung beim Auftreffen des Insassen
eine Energie vernichtende Funktion aufweisen. Eine solche E nergie
vernichtende Funktion kann z. B. dadurch verwirklicht sein, indem
die Führung bewusst verformt oder sogar zerstört
wird, oder die Energie durch Reibung zwischen dem Airbagmodul und
der Führung während der durch das Auftreffen des
Insassen bewirkten Relativbewegung abgebaut wird. Bei entsprechender
Auslegung und Formgebung der Führung kann dadurch eine
Energie vernichtende Struktur geschaffen werden, wodurch es ermöglicht
wird, auf eine nachgiebige Lenksäule zu verzichten.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass das Airbagmodul durch eine lösbare
Verbindung mit dem Kraftfahrzeug verbunden ist, und die Verbindung
bei der Aktivierung gelöst wird. Durch die lösbare
Verbindung ist das Airbagmodul während des nicht aktivierten
Zustandes mit dem Kraftfahrzeug verbunden, so dass Klappergeräusche
vermieden werden und das Airbagmodul auch gegenüber benachbarten
Teilen lagefixiert ist.
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Die
lösbare Verbindung kann durch eine kostengünstige
und fertigungstechnisch einfach zu realisierende Sollbruchstelle
gebildet sein. Dies ist insofern ausreichend, da das Airbagmodul
nach der Aktivierung sowieso ausgetauscht werden muss, so dass die
Verbindung nach der Aktivierung nicht mehr wichtig ist.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Airbagmodul
Positionierungsmittel vorgesehen sind und die Positionierungsmittel
die lösbare Verbindung bilden. Solche Positionierungsmittel
werden z. B. vorgesehen, um eine Hupenfunktion zu ermöglichen,
bei der es wichtig ist, dass zwischen dem Airbagmodul und dem Lenkrad ein
möglichst kleiner und gleichbleibender Spalt vorgesehen
ist.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die lösbare Verbindung derart
ausgelegt ist, dass das Airbagmodul eine Bewegung zu dem Kraftfahrzeug
ausführen kann und durch die Bewegung des Airbagmoduls
zu dem Kraftfahrzeug eine Hupe betätigbar ist. Die lösbare
Verbindung sollte demnach eine geringfügige Bewegung zulassen,
indem sie z. B. selbst in sich beweglich ausgebildet ist.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
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1:
Lenkrad mit Airbag
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2:
Kraftfahrzeug mit einem Insassen und einem Fahrerairbag vor dem
Unfall
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3:
Kraftfahrzeug mit einem Insassen und einem Fahrerairbag während
der bei einem Unfall auftretenden Vorwärtsverlagerung
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4:
Airbag mit geöffneter Ventilationsöffnung
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5:
Airbag mit geschlossener Ventilationsöffnung
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6a–6c:
Lenkrad mit Airbagmodul in verschiedenen Phasen des Aufblasvorganges
des Airbags
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In 1 ist
ein Lenkrad 1 mit einem Lenkradkranz 4 und einem
Lenkradgrundkörper 5 zu erkennen. In dem Lenkradgrundkörper 5 ist
ein Airbagmodul 3 in einer Führung 12 beweglich
angeordnet und zum Insassen hin durch eine Abdeckung 2 abgedeckt.
Zur Begrenzung der Beweglichkeit des Airbagmoduls 3 sind
Mittel 6 in Form von Fangleinen vorgesehen, die mit einem
Ende mit dem Airbagmodul 3 und mit dem anderen Ende mit
dem Lenkradgrund körper 5 verbunden sind. Die Führung 12 dient
der Führung des Airbagmoduls 3 und könnte
entfallen, wenn die nachher noch zu beschreibende Relativbewegung
keiner Führung bedarf. Die Erfindung wird anhand eines
Airbagmoduls 3 in einem Lenkrad 1, also anhand
eines Fahrerairbags, erläutert, kann aber ohne Änderungen
auch bei anderen Airbagmodulen im Kraftfahrzeug unter Erzielung
der erfindungsgemäßen Vorteile verwirklicht werden.
Die Führung 12 kann z. B. durch die Bemessung
mit einer geringen Wandstärke oder durch eine entsprechende
Materialwahl so ausgebildet sein, dass sie beim Auftreffen des Insassen
sich Energie vernichtend verformt und so den Insassenschutz zusätzlich verbessert.
Sofern die bei der Verformung vernichtete Energie groß genug
ist, kann daraufhin auf eine Nachgiebigkeit des Lenkrades 1 verzichtet
werden. Die Mittel 6 können zusätzlich
elektrische Leitungen aufweisen, über die das Airbagmodul 3 mit
dem Lenkrad 1 und dem Kraftfahrzeug im Allgemeinen elektrisch
verbunden ist. Die elektrischen Leitungen sollten dann aber in jedem
Fall mit einer Zugsicherung versehen sein, damit die elektrische
Verbindung zu dem Airbagmodul 3 nicht bei dessen Aktivierung abreißen
kann. Die Führung 12 kann ferner Positionierungsmittel
umfassen, durch die das Airbagmodul 3 gegenüber
dem Lenkradgrundkörper 5 mit einem möglichst
kleinen und gleichbleibenden Abstand gehalten wird. In diesem Fall
können zwischen der Führung 12 und dem
Airbagmodul 3 auch Sollbruchstellen vorgesehen sein, welche
dann bei Aktivierung des Airbagmoduls 3 brechen und die
erfindungsgemäße Beweglichkeit ermöglichen.
Sofern die Betätigung einer Hupe eine Beweglichkeit des
Airbagmoduls 3 erfordert, sollte dann auch die Verbindung
des Airbagmoduls 3 zu dem Lenkrad 1 beweglich
ausgebildet sein, indem z. B. die Sollbruchstelle durch eine dünne
in sich bewegliche Materialschwachstelle gebildet ist.
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In 2 und 3 ist
das Lenkrad 1 mit der Abdeckung 2 zu erken nen,
vor dem ein Insasse 13 auf einem Sitz 14 in der
Fahrerposition sitzt. Der Insasse 13 sitzt im Innenraum
eines andeutungsweise zu erkennenden Kraftfahrzeuges 15.
Wird in dieser Situation ein Unfall erkannt, so wird in dem Airbagmodul 3 ein
in den 6a–6c zu
erkennender Gasgenerator 8 gezündet und bläst
einen Airbag 10 auf. Das Airbagmodul 3 ist beweglich
in dem Lenkrad 1 angeordnet, so dass es beim Aufblasen
des Airbags 10 eine Relativbewegung in Richtung des Insassen 13 ausführen
kann und dadurch frühzeitiger mit dem Insassen 13 in
Kontakt kommt und diesen auffängt. Der durch die Relativbewegung
im Vergleich zu einem fest an dem Lenkrad 1 angeordneten Airbagmodul 3 verminderte
Abstand zwischen dem Airbag 10 und dem Insassen 13 ist
mit DII dargestellt. Der Airbag 10 deckt im entfalteten
Zustand das Lenkrad 1 zum Insassen 13 hin ab,
so dass dieser bei einer weiteren Vorwärtsverlagerung nicht
direkt auf das Lenkrad auftreffen kann. Aufgrund der beweglichen Anordnung
des Airbagmoduls 3 beginnt die durch die Insassenschutzvorrichtung
bewirkte Verzögerung der Vorwärtsverlagerung des
Insassen 13 erkennbar früher und zwar bereits
zu einem Zeitpunkt, zu dem der Insasse 13 noch einen um
den Weg DII vergrößerten Abstand zu dem Lenkrad 1 einnimmt.
Das Mittel 6 in Form des Fangbandes ist gestrafft, so dass das
Airbagmodul 3 keine weitere den Abstand vergrößernde
Relativbewegung zu dem Lenkrad 1 ausführen kann.
Das Mittel 6 kann ferner dazu genutzt werden, das Airbagmodul 3 und
damit den Airbag 10 auch bei einer „Out-of-position” Situation
des Insassen 13 so in Position zu halten, dass der Insasse 13 diesen
nicht seitlich verschieben kann und davor geschützt ist,
direkt auf das Lenkrad 1 zu treffen.
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In
den
4 und
5 ist eine Weiterentwicklung
der Erfindung dargestellt, in der der Airbag
10 mit einer
Ventilationsöffnung
11 versehen ist. Die Ventilationsöffnung
11 ist
mit einem Mittel
7 in Form einer Zugleine versehen, mit
der die Ventilationsöffnung
11 verschließbar
ist. Während des Entfaltungsvorganges des Airbags
10 bewegt
sich das Airbagmodul
3 in Richtung des Insassen und spannt
dabei die Mittel
6 und
7. In
4 ist
der Insasse
13 bereits sehr frühzeitig in Kontakt
mit dem Airbag
10 gekommen, wie dies z. B. bei Insassen
13 der
Fall ist, die sehr nahe am Lenkrad sitzen, wie z. B. bei einer 5%-Frau.
Aufgrund des frühzeitigen Kontaktes des Insassen spannen
sich die Mittel
6 und
7 nicht vollständig,
und die Ventilationsöffnung
11 wird nicht geschlossen.
Dadurch liegt in dieser Situation ein weicher Airbag
10 vor,
was bei einer 5%-Frau sinnvoll ist. In der in
5 dargestellten
Situation ist der Insasse
13 erst zu einem späteren
Zeitpunkt auf den Airbag
10 getroffen, wie dies z. B. bei
einem weiter hinten sitzenden 95%-Mann der Fall ist. Das Airbagmodul
3 hat
gemeinsam mit dem Airbag
10 bereits die Wegstrecke D gegenüber
dem Lenkrad
1 zurückgelegt. Aufgrund der zurückgelegten
Wegstrecke D wurden die Mittel
6 und
7 gespannt
und die Ventilationsöffnung
11 daraufhin verschlossen.
Der Airbag
10 ist in dieser Situation härter.
Ein Beispiel, wie eine solche Ventilationsöffnung und deren
Verschlussmechanismus ausgebildet sein können, ist z. B.
in der
US 7,347,450
B2 beschrieben. Durch die Ventilationsöffnung
11 und
die Beweglichkeit des Airbagmoduls
3 ist damit eine sehr
einfache Möglichkeit geschaffen, den Airbag
10 insassenadaptiv
auszuführen. Alternativ können die Mittel
7 zum
Verschließen der Ventilationsöffnung
11 auch
durch einen Aktuator gebildet sein, der die Ventilationsöffnung
11 in
Abhängigkeit z. B. von dem über eine Insassenerkennung
erkannten Insassentyp und/oder der Sitzstellung des Insassen und/oder
dem Aufblaszustand des Airbags
10 verschließt.
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In
den 6a–6c ist
der Aufblasvorgang des Airbags 10 in verschiedenen Stufen
zu erkennen. Das Airbagmodul 3 weist einen in dem Airbag 10 angeordneten
Gasgenerator 8 auf. Zusätzlich ist ein den Gasgenerator 8 und
den Airbag 10 aufnehmendes Gehäuse 9 vorgesehen.
An dem Lenkradgrundkörper 5 ist eine Führung 12 vorgesehen,
in der das Airbagmodul 3 mit dem Gehäuse 9 geführt ist.
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In 6a wurde
der Gasgenerator 8 gerade gezündet und beginnt
den Airbag 10 mit einem Gasstrom GI zu füllen.
Mit fortschreitender Befüllung des Airbags 10 steigt
der von dem Gasgenerator 8 erzeugte Gasstrom auf ein Volumen
GII an. Aufgrund des angestiegenen Befüllungsgrades übt
der Gasstrom daraufhin auf die dem Insassen zugewandte Seite 10b des
Airbags 10 eine Druckkraft Z und in Umfangsrichtung eine
Radialkraft R auf den Rand des Airbags 10 aus. Die Radialkraft
R weitet den Airbag 10 auf und bewirkt, dass schließlich
zum Ende des Entfaltungsvorganges, wie in 6c zu
erkennen ist, eine Zugkraft F auf die dem Lenkrad 1 zugewandte
Seite 10a des Airbags 10 ausgeübt wird,
die schließlich das Airbagmodul 3 unter Ausführung
einer Relativbewegung in Richtung A aus dem Lenkradgrundkörper 5 herauszieht.
Die Richtung der Zugkräfte F ist parallel zu der zu erzeugenden
Relativbewegung A und zu der Führung 12, so dass
das Airbagmodul 3 sich durch das Aufblasen des Airbags 10 selbst
aus dem Lenkrad 1 herauszieht. Die Relativbewegung erfolgt
durch die Führung 12 geführt, so dass diese
zumindest eine Anfangsausrichtung aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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