DE102011109619A1

DE102011109619A1 - Kopfstütze für einen Kraftfahrzeugsitz

Info

Publication number: DE102011109619A1
Application number: DE102011109619A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Rick
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2013-02-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kopfstütze (10) für einen Sitz (11) eines Kraftfahrzeugs, mit einer Sicherheitseinrichtung, die wenigstens einen Expansionskörper (1.1, 1.2, 2, 3) mit einer elastischen Membran aufweist, die einen Hohlraum begrenzt, wobei ein unbefüllter Expansionskörper (1.1, 1.2, 2, 3) im Inneren der Kopfstütze (10) angeordnet und eine Anordnung des unter elastischer Expansion der Membran befüllten, eine Kontaktfläche ausbildenden Expansionskörpers (1.1', 1.2', 2', 3') wenigstens teilweise außerhalb der Kopfstütze (10) vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kopfstütze für einen Sitz eines Kraftfahrzeugs mit einer Sicherheitseinrichtung sowie einen Kraftfahrzeugsitz mit einer solchen Kopfstütze.
Aus der DE 299 07 245 U1 ist eine Kopfstütze mit einem aufblasbaren Hohlkörper bekannt, der zwischen Kopfstützenkorpus und -polster angeordnet ist, um bei einem Crash das Polster an den Insassenkopf anzunähern und seine Auflagefläche zu vergrößern. Die Verwendung des Polsters als Auflagefläche limitiert deren Gestalt und damit die Schutzwirkung für den Insassen.
Nach betriebsinternem Stand der Technik sind zudem Kopfstützen mit außerhalb der Kopfstütze entfaltbaren Schutzkissen bekannt. Nachteilig erfordert die Anordnung der gefalteten Schutzkissen in der Kopfstütze einen großen Stauraum, der die Integration anderer Elemente wie Heiz- und Akustiksysteme beeinträchtigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fahrzeugsitz mit einer verbesserten Kopfstütze zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Kopfstütze für einen Sitz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, eine Sicherheitseinrichtung auf, die einen oder mehrere Expansionskörper mit einer elastischen Membran aufweist, die jeweils wenigstens einen Hohlraum ganz oder teilweise begrenzt. Im unbefüllten Zustand sind der oder die Expansionskörper im Inneren der Kopfstütze angeordnet. Insbesondere können sie von einem Bezug, Polster und/oder Korpus der Kopfstütze jeweils wenigstens teilweise abgedeckt, aufgenommen bzw. umgeben sein.
Wird ein Hohlraum mit einem Füllfluid befüllt, expandiert der Expansionskörper unter elastischer Expansion der Membran und tritt dabei wenigstens teilweise aus der Kopfstütze aus, um außerhalb der Kopfstütze eine Kontaktfläche auszubilden. Eine solche Anordnung des befüllten, eine Kontaktfläche ausbildenden Expansionskörpers ganz oder teilweise außerhalb der Kopfstütze kann insbesondere durch die Anbindung des Expansionskörpers an die Kopfstütze sowie die Gestaltung von Kopfstütze, Expansionskörper und einem Austrittsmittel, welches dazu vorgesehen ist, durch einen befüllten Expansionskörper geöffnet zu werden, vorgesehen werden.
Durch den – wenigstens teilweise – aus der Kopfstütze austretenden Expansionskörper kann die Schutzwirkung der Sicherheitseinrichtung verbessert werden. Seine Ausbildung mit einer elastisch expandierenden Membran kann im Vergleich zu gefalteten Schutzkissen den Stauraum reduzieren und so die Integration von weiteren Elementen in der Kopfstütze erleichtern. Hierzu wird die elastische Membran, die bisher nur als Pneumatikstellelement verwendet wird, zur Bildung einer Kontaktfläche außerhalb der Kopfstütze genutzt.
In einer bevorzugten Ausführung sind ein oder mehrere befüllte Expansionskörper seitlich neben der Kopfstütze angeordnet. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass der Raum, der sich vor der Kopfstütze erstreckt, auf einer oder beiden Seiten teilweise durch einen Expansionskörper begrenzt wird.
Hierdurch kann, insbesondere bei einem Crash mit einer Lateralkomponente wie einem seitlichen Aufprall, zum Einen ein sich seitlich verlagernder Kopf eines Insassen des Sitzes aufgefangen und/oder abgelenkt werden. Dies kann zum Einen die auf den Kopf wirkenden Querbeschleunigungen reduzieren, zum Anderen aber auch eine Kollision mit seitlichen Hindernissen, etwa einer B- oder C-Säule des Fahrzeugs, verhindern oder wenigstens abmildern. Allgemein wird insbesondere ein Auffangen, Bremsen, Lenken und/oder Abpolstern eines Kopfes als Reduzieren einer Belastung des Kopfes im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet.
Zusätzlich oder alternativ kann ein seitlich neben der Kopfstütze angeordneter Expansionskörper auch die Belastung des Kopfes eines Insassen eines seitlich benachbarten Sitzes reduzieren. Dementsprechend kann eine Kontaktfläche, die durch den befüllten Expansionskörper dargestellt wird, dem Insassen des eigenen Sitzes und/oder dem Insassen eines seitlich benachbarten Sitzes zugewandt sein.
In einer bevorzugten Ausführung sind ein oder mehrere befüllte Expansionskörper hinter der Kopfstütze angeordnet. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass bei einem in üblicher Weise in einem Fahrzeug angeordneten Sitz der Raum, der sich in Fahrzeuglängsrichtung von der Vorder- oder Rückseite der Kopfstütze nach hinten, d. h. vom Insassen weg erstreckt, auf einer oder beiden Seiten teilweise durch eine Auffangfläche des Expansionskörper begrenzt wird.
Hierdurch kann, insbesondere bei einem Crash mit einer Komponente in der Fahrzeuglängsrichtung wie einem Frontalaufprall, vorteilhafterweise zum Einen ein sich nach vorne verlagernder Insasse eines dahinter angeordneten Sitzes aufgefangen und/oder abgelenkt und so seine Belastung reduziert werden.
Zusätzlich oder alternativ kann, insbesondere bei einem Crash mit einer Komponente entgegen der Fahrzeuglängsrichtung wie einem Heckaufprall, eine Belastung des Kopfes des Sitzinsassen selber reduziert werden. Dementsprechend kann eine Kontaktfläche, die durch den befüllten Expansionskörper dargestellt wird, dem Insassen des eigenen Sitzes und/oder dem Insassen eines dahinter angeordneten Sitzes zugewandt sein.
Insbesondere bei Crashkonstellationen wie der zuletzt genannten kann der Sitzinsasse, begünstig durch die Rampenwirkung einer schrägen Sitzlehne, aus dem Sitz nach oben, bei üblicher Sitzanordnung im Fahrzeug in Fahrzeughochrichtung, abheben. Dadurch und/oder durch eine Deformation des Fahrzeugdaches, beispielsweise infolge eines Überschlags, kann es zu einer Belastung des Insassenkopfes kommen.
Daher ist in einer bevorzugten Ausführung eine Anordnung eines befüllten Expansionskörpers oberhalb bzw. über der Kopfstütze vorgesehen, um ein Abheben und/oder eine Kopfbelastung eines Insassen des Sitzes zu reduzieren. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass der Raum, der sich in Fahrzeughochrichtung über der Kopfstütze nach oben, d. h. vom Insassen weg erstreckt, auf der dem Insassen zugewandten Seite teilweise durch eine Auffangfläche des Expansionskörper begrenzt wird.
Die oben erläuterte Anordnung kann – wenigstens teilweise – von demselben Expansionskörper dargestellt werden, der hierzu entsprechend konturiert ist. Gleichermaßen können zwei oder mehr Expansionskörper vorgesehen sein, wobei ein Expansionskörper seitlich neben und/oder hinter der Kopfstütze, ein Expansionskörper seitlich neben und/oder über der Kopfstütze und/oder ein Expansionskörper hinter und/oder über der Kopfstütze angeordnet sein kann.
Nach dem oben erläuterten Aspekt der vorliegenden Erfindung expandieren ein oder mehrere Expansionskörper unter elastischer Expansion der Membran und treten dabei ganz oder teilweise aus der Kopfstütze aus, um außerhalb der Kopfstütze eine Kontaktfläche auszubilden. Hierzu ist in einer bevorzugten Ausführung ein Austrittsmittel vorgesehen, welches, insbesondere zerstörend, durch einen befüllten Expansionskörper öffenbar ist. Ein Austrittsmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine oder mehrere Kanäle, Klappen und/oder Sollbruchstellen, insbesondere Reißnähte, in einer Kopfstützenstruktur, in einem Kopfstützenpolster und/oder zwischen einer Kopfstützenstruktur und einem Kopfstützenpolster aufweisen.
Eine Füllfluidquelle zur Befüllung eines oder mehrerer Hohlräume eines oder mehrerer Expansionskörper kann insbesondere in der Kopfstütze des Kraftfahrzeugsitzes selber angeordnet sein. Gleichermaßen kann sie in einer Rückenlehne und/oder einer Sitzschale des Sitzes angeordnet sein, wobei in einer bevorzugten Weiterbildung eine Füllfluidleitung von der Füllfluidquelle zu dem bzw. den Hohlräumen im Inneren des Kraftfahrzeugsitzes vorgesehen ist.
Unter einer Membran im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere ein Körper verstanden, dessen Wandstärke im Verhältnis zu seiner Oberfläche in einem elastisch nicht verformten Zustand klein ist, insbesondere ein Körper, bei dem der Quotient von Wandstärke dividiert durch Oberfläche höchstens 0,05%, bevorzugt höchstens 0,01% beträgt, wie dies beispielsweise bei einer rechteckigen Platte mit 10 cm Kantenlänge und 1 mm Wandstärke der Fall ist (1/(100 × 100) = 0,01%).
Unter einer elastischen Membran im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere eine Membran verstanden, die elastisch stark verformbar ist, insbesondere eine Membran, deren Reißdehnung, beispielsweise im Zugversuch nach DIN 53504, wenigstens 100% und vorzugsweise wenigstens 500% beträgt und/oder deren Elastizitätsmodul bei Raumtemperatur höchstens 0,5 GPa, vorzugsweise höchstens 0,1 GPa beträgt.
Eine elastische Membran weist in einer bevorzugten Ausführung ein oder mehrere Elastomere auf, in einer bevorzugten Weiterbildung besteht sie hieraus. Ein Elastomer kann insbesondere Natur- oder synthetischer Kautschuk, Gummi, Silikon oder ein thermoplastischer Elastomer (TPE) sein.
Vorzugsweise ist eine elastische Membran fluiddicht bezüglich eines Füllfluids. Wenn jedoch ein ausreichend großer Füllfluidstrom zur Verfügung steht, kann eine Membran auch eine gewisse Fluidpermeabilität aufweisen.
Eine Membran kann ein- oder mehrlagig ausgebildet sein. Insbesondere können an einer Membran lokal Verstärkungselemente wie etwa Bänder, Flächenelemente oder Netze, vorzugsweise aus Textilmaterial, angeordnet sein, die einen größeren Elastizitätsmodul aufweisen und sich daher bei einem Befüllen weniger ausdehnen. Verstärkungselemente können insbesondere stoffschlüssig stellenweise oder im Wesentlichen mit einer kompletten Seite mit der Innen- und/oder Außenseite der Membran verbunden, beispielsweise verklebt, verschweißt, einlaminiert oder an- bzw. aufvulkanisiert sein. Die elastische Membran expandiert dann beim Befüllen im Wesentlichen gefesselt durch stellenweise mit ihr verbundene und als Fangbänder fungierende Verstärkungselemente bzw. neben den komplett mit ihr verbundenen Verstärkungselementen, so dass diese die Gestalt und Expansionscharakteristik der befüllten Membran beeinflussen.
Die Füllfluidquelle ist zur Befüllung wenigstens eines Hohlraums wenigstens eines Expansionskörpers mit einem Füllfluid eingerichtet, insbesondere mit einem Gas, vorzugsweise mit Luft. Die Füllfluidquelle kann insbesondere einen oder mehrere pyrotechnische und/oder Druckgasgeneratoren aufweisen. Die Füllfluidquelle kann einen oder mehrere Hohlräume eines oder mehrerer Expansionskörper beliefern, sie kann zusätzlich auch einen oder mehrere weitere entfaltbare Luftsäcke beliefern. Zusätzlich oder alternativ können zwei oder mehr Füllfluidquellen zur Befüllung desselben Hohlraums vorgesehen sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist eine Füllfluidquelle einen oder mehrere Mikrogasgeneratoren (MGG) auf. Insbesondere dann kann in einer bevorzugten Weiterbildung eine Füllfluidquelle in demselben Bauteil wie der Expansionskörper angeordnet, vorzugsweise als bauliche Einheit mit diesem ausgebildet und insbesondere direkt an oder sogar in einem Hohlraum des Expansionskörpers angeordnet sein.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Füllfluidquelle mit einer Steuereinrichtung der Sicherheitseinrichtung verbunden, die dazu eingerichtet ist, auf Basis eines Aktivierungssignals, welches beispielsweise von einem oder mehreren Abstands-, Verzögerungs-, Verformungs- und/oder Kraftsensoren an die Steuereinrichtung übertragen wird, einen oder mehrere Hohlräume des Expansionskörpers oder der Expansionskörper zu befüllen. Die Steuereinrichtung kann hierzu insbesondere eine Recheneinheit zur Verarbeitung des Aktivierungssignals, eine Ventileinrichtung, um die Füllfluidquelle strömungstechnisch mit dem Hohlraum bzw. den Hohlräumen zu verbinden, und/oder eine Zündeinrichtung zur pyrotechnischen Freisetzung von Füllfluid aufweisen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen ein oder mehrere Expansionskörper jeweils einen Hohlraum und einen oder mehrere weitere Hohlräume auf. Dadurch wird es vorteilhaft möglich, einerseits einzelne Hohlräume geometrisch in Hinblick auf ihre Herstellung und/oder Befüllung zu optimieren. Auf der anderen Seite kann durch die Kombination von zwei oder mehr befüllbaren Hohlräumen eine gewünschte Außenkontur, insbesondere Umhüllende, des jeweiligen Expansionskörpers in einem Auslegungsfüllzustand dargestellt werden.
Als Auslegungsfüllzustand wird vorliegend insbesondere ein Zustand bezeichnet, in dem der Expansionskörper mit dem Füllfluid bei Referenzbedingungen gefüllt ist, insbesondere bei einer Referenztemperatur, die beispielsweise –10°C, 0°C, 10°C, 20°C oder andere Normtemperaturen für den Betrieb des Kraftfahrzeugs betragen kann, mit einem Referenzfülldruck, mit einer Referenzfüllfluidmenge, bei einer Referenzmaximaldehnung, die beispielsweise 100%, 250% oder 500% betragen kann, oder dergleichen. In einem solchen Auslegungsfüllzustand nimmt der Expansionskörper eine vorgegebene Außenkontur an, die insbesondere durch die Form der elastischen Membran und in einer vorteilhaften Weiterbildung durch Verstärkungselemente vorgegeben ist.
In einer bevorzugten Ausführung weisen zwei oder mehr, insbesondere alle Hohlräume eines Expansionskörpers im Auslegungsfüllzustand unterschiedliche Volumina und/oder Außenkonturen auf. Gleichermaßen können zwei oder mehr, insbesondere alle Hohlräume eines Expansionskörpers im Auslegungsfüllzustand gleiche Volumina und/oder Außenkonturen aufweisen. Bevorzugten Außenkonturen sind insbesondere geometrische Grundkörper wie Polyeder, insbesondere Quader, Zylinder, Kegel, Ellipsoide, insbesondere Kugeln, Pyramiden oder dergleichen. Durch Kombination mehrere gleicher und/oder unterschiedlicher Volumina und/oder Außenkonturen können so Expansionskörper mit verschiedensten Umhüllenden durch einfach herzustellende und/oder zu befüllende Hohlräume dargestellt werden.
Als Umhüllende wird in fachüblicher Weise eine, insbesondere glatte, d. h. stetig gekrümmte, Fläche bezeichnet, die bei minimaler Flächengröße alle Hohlräume einschließt. Anschaulich kann eine Umhüllende etwa als über die Außenkonturen der Hohlräume gespannte Gummihaut gedacht werden. Die Umhüllende kann rein virtuell sein und so die Gesamtaußenkontur der Hohlräume mathematisch beschreiben. So weist beispielsweise ein zylindrischer Hohlraum, der außen von weiteren zylindrischen Hohlräumen geringerer Höhe umgeben ist, eine kegelförmige virtuelle Umhüllende auf.
Gleichermaßen kann in einer bevorzugten Ausführung eine, insbesondere gefaltete, vorzugsweise textile, und/oder eine elastische Hülle vorgesehen sein, die zwei oder mehr, insbesondere alle Hohlräume, gemeinsam ganz oder teilweise umhüllt und so insbesondere eventuelle Kanten der einzelnen Hohlräume glättet. Zusätzlich oder alternativ kann der Expansionskörper eine Hülle aufweisen, die eine elastische Membran vollständig oder teilweise umschließt. Auch diese Hülle kann insbesondere gefaltet, vorzugsweise textil, und/oder elastisch, insbesondere aus Membranmaterial sein.
In einer bevorzugten Ausführung weisen zwei oder mehr, insbesondere alle Hohlräume im Auslegungsfüllzustand unterschiedliche Fülldrücke auf. Durch unterschiedliche Fülldrücke können vorteilhaft lokal unterschiedliche Elastizitäten und Dämpfungen dargestellt werden. Insbesondere können auch drucklose bzw. Hohlräume vorgesehen sein, in denen nur Umgebungsdruck herrscht. Gleichermaßen können zwei oder mehr, insbesondere alle Hohlräume eines Expansionskörpers im Auslegungsfüllzustand gleiche Fülldrücke aufweisen, was die Auslegung und/oder Befüllung erleichtern kann.
Der Fülldruck eines Hohlraumes im Auslegungsfüllzustand kann zum Einen durch eine Steuereinrichtung zur Einstellung des Befüllungsverhaltens beeinflusst werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Fülldruck eines Hohlraumes im Auslegungsfüllzustand durch eine Einrichtung zur Entleerung beeinflusst werden, beispielsweise eine oder mehrere, vorzugsweise steuerbare, Entlüftungsöffnungen.
Eine solche Einrichtung zur Einstellung des Befüllungs- und/oder Entleerungsverhaltens kann insbesondere ein oder mehrere Ventile, Drosseln oder dergleichen aufweisen, die zwischen dem Hohlraum und der Füllfluidquelle bzw. einer Füllfluidsenke, insbesondere der Umgebung, angeordnet sind. Insbesondere, wenn in einer bevorzugten Ausführung eine Fluidpassage zwischen zwei oder mehr Hohlräumen vorgesehen ist, um so die Hohlräume durch dieselbe(n) Füllfluidquelle(n) zu befüllen bzw. in dieselbe Füllfluidsenke zu entleeren, kann diese Fluidpassage durch die Steuereinrichtung veränderbar sein, etwa, indem ein Ventil – wenigstens teilweise – geöffnet bzw. geschlossen wird. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinrichtung zur Einstellung unterschiedlicher Befüllungs- und/oder Entleerungsverhalten von zwei oder mehr Hohlräumen eingerichtet.
Der bzw. die weiteren Hohlräume werden in einer bevorzugten Ausführung jeweils ganz oder teilweise durch eine weitere elastische Membran begrenzt. Die Membrane, die verschiedene Hohlräume begrenzen, können miteinander verbunden sein. In einer bevorzugten Weiterbildung sind zwei oder mehr, insbesondere alle Membrane, die jeweils einen Hohlraum begrenzen, miteinander lösbar oder stoffschlüssig verbunden, so dass sich ein zusammenhängender Expansionskörper mit mehreren Hohlräumen ergibt. Hierzu können die Membrane einzeln hergestellt und anschließend, insbesondere durch Knöpfen, Klammern, Kleben, Schweißen, Vulkanisieren oder dergleichen, miteinander verbunden werden. Gleichermaßen können Membrane, die verschiedene Hohlräume begrenzen, auch integral miteinander hergestellt werden, wobei diese gesamte Membran dann gedanklich in die verschiedenen, die einzelnen Hohlräume begrenzenden Membrane unterteilbar ist.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umschließen ein oder mehrere Hohlräume gemeinsam und/oder jeweils wenigstens eine ein- oder beidseitig offene Aussparung wenigstens teilweise, die nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung von einer Abdeckung verschlossen sein kann. Die Abdeckung ist vorzugsweise direkt mit der Membran, insbesondere stoffschlüssig, etwa durch Verkleben, Verschweißen, Vulkanisieren oder dergleichen, oder indirekt, insbesondere über Bänder oder dergleichen, verbunden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung umschließt beispielsweise ein ring- oder doughnutförmiger Hohlraum vollständig eine beidseitig offene Aussparung, ein Hohlraum mit achterförmigem Querschnitt vollständig zwei beidseitig offene Aussparungen, ein Quader mit einer sacklochartigen Tasche vollständig eine einseitig offene Aussparung und ein C-Ring-förmiger Hohlraum, d. h. mit einem kreisförmigen Querschnitt und einer Lücke in Umfangsrichtung, eine Aussparung teilweise. Ein Hohlraum umschließt eine Aussparung im Sinne der vorliegenden Erfindung wenigstens teilweise insbesondere dann, wenn der vom Hohlraum begrenzte Umfang der Aussparung wenigstens 75%, vorzugsweise wenigstens 85% ihres Gesamtumfanges begrenzt. So umschließt beispielsweise ein Kreisringsegment, welches sich über einen Winkelbereich von 315% erstreckt, d. h. eine Lücke von 45% aufweist, 87,5% der innenliegenden Aussparung (315°/360° = 87,5%). Solche Lücken im Umfang, d. h. eine nur teilweise Umschließung ist möglich, wenn die die Lücke(n) begrenzenden Stirnseiten des Hohlraumes durch die Abdeckung und/oder Haltemittel, insbesondere ein oder mehrere Bänder, Seile oder dergleichen, aneinander gefesselt sind. Dies verhindert eine übermäßige Vergrößerung der Aussparung unter Auseinanderbewegung der Hohlraumstirnseiten. In einer bevorzugten Ausführung umschließen der oder die Hohlräume die Aussparung vollständig bzw. über deren gesamten Umfang. Beispielsweise umschließen vier an ihren Enden miteinander zu einem Kreisring verbundene Hohlräume, die jeweils einen viertelkreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen, gemeinsam die Aussparung in der Mitte des Kreisringes.
In bevorzugter Weiterbildung verschließt eine Abdeckung die Aussparung. Hierzu kann die Abdeckung geschlossen bzw. durchgehend ausgebildet sein, insbesondere aus demselben Material wie die elastische Membran und/oder aus einem textilen Stoff. Gleichermaßen kann die Abdeckung auch eine oder mehrere Durchgangsöffnungen aufweisen und insbesondere netz- oder gitterartig ausgebildet sein, vorzugsweise wiederum aus textilem und/oder Membranmaterial. Unter einer textilen netz- bzw. gitterartigen Abdeckung wird insbesondere eine Abdeckung aus, vorzugsweise verseilten, Fäden verstanden.
Weist die Abdeckung Membranmaterial auf, kann sie sich beim Befüllen des Hohlraums elastisch dehnen, um die sich vergrößernde Aussparung abzudecken. Ist die Abdeckung, wenigstens teilweise, aus textilem und mithin weniger elastischen Material als die Membran, kann sie sich in einer vorteilhaften Weiterbildung beim Befüllen entfalten und so der sich vergrößernden Aussparung anpassen.
Bei einem Auffangen eines Körperteils, insbesondere Kopfes, eines Fahrzeuginsassen kann die Abdeckung in Richtung der Aussparung vorteilhafterweise um ein vorgegebenes Maß ausweichen, beispielsweise unter weiterer Dehnung einer elastischen Abdeckung, weiterer elastischer Deformation der den Hohlraum begrenzenden Membran, an der die Abdeckung befestigt ist, elastischer Deformation von Haltebändern, die Membran und Abdeckung verbinden, und/oder Verkleinerung der Aussparung, insbesondere ihres Durchmessers.
Durch die Abdeckung einer von einem oder mehreren Hohlräumen umschlossenen Aussparung kann ein Expansionskörper zur Verfügung gestellt werden, der einerseits nur ein geringeres Befüllungsvolumen gegenüber einem Hohlraum ohne Aussparung erfordert, das durch die elastische Membran gut realisierbar ist, und andererseits mit der Abdeckung gleichwohl eine große Auffangfläche bietet.
Vorteilhafterweise kann die Außenkontur bzw. Umhüllende, die durch mehrere Hohlräume definiert wird, einen aufzufangenden Körperteil eines Fahrzeuginsassen, insbesondere dessen Kopf, zu der Aussparung hin zentrieren, die von den Hohlräumen umschlossen wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Hohlraum einen aufzufangenden Körperteil eines Fahrzeuginsassen, insbesondere dessen Kopf, wulstartig zur Aussparung hin zentrieren, die von dem Hohlraum umschlossen wird. Hierzu kann die Aussparung in einer bevorzugten Ausführung jeweils einen wenigstens im Wesentlichen runden oder ovalen ersten Querschnitt aufweisen, der vorzugsweise wenigstens im Wesentlichen einer Außenkontur des aufzufangenden Körperteils entspricht bzw. demgegenüber geringfügig größer ist. In einer hierzu vorzugsweise senkrechten Ebene kann die Aussparung einen wenigstens im Wesentlichen pilzförmigen, zylindrischen oder kegelförmigen Querschnitt aufweisen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein oder mehrere Hohlräume jeweils teilweise von einem Stoff begrenzt, der sich bei Befüllung entfaltet. Nach diesem Aspekt wird also die Vergrößerung des Hohlraumes beim Befüllen durch Kombination der elastischen Expansion der Membran und der Entfaltung eines demgegenüber weniger elastischen Stoffes dargestellt. Hierdurch kann insbesondere die Gestalt und Expansionscharakteristik beeinflusst werden, es können auch gegenüber Expansionskörpern, deren Hohlräume sich nur durch Expansion einer elastischen Membran vergrößern, größere Befüllungsvolumina realisiert werden.
Unter einem Stoff wird vorliegend ein ein- oder mehrlagiges Gewebe verstanden, wie es beispielsweise von herkömmlichen Airbags mit sich entfaltenden Luftsäcken bekannt ist. Der Stoff kann mit der elastischen Membran insbesondere stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verklebt, verschweißt oder anvulkanisiert sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Be- und/oder eine Entlüftungsöffnung in dem Stoff angeordnet. Auf diese Weise kann die Belastung, die am Umfang einer solchen Öffnung auftritt, über den hierfür besser geeigneten Stoff in den Expansionskörper eingetragen werden.
In einer bevorzugten Ausführung umschließt die Membran den Hohlraum allseitig. Hierunter wird vorliegend insbesondere verstanden, dass der gesamte Hohlraum, abgesehen gegebenenfalls von einer oder mehreren Be- und/oder Entlüftungsöffnungen, nur durch die Membran definiert wird. In einer bevorzugten Weiterbildung kann die Membran hierzu sackartig ausgebildet sein, wobei eine Öffnung des Sackes klemm- oder stoffschlüssig verschlossen wird. Unter sackartig wird vorliegend insbesondere eine Gestalt verstanden, die – unabhängig von ihren Rändern, allseitig geschlossen ist bis auf eventuelle Be- und/oder Entlüftungsöffnungen sowie wenigstens eine Öffnung, die sich aufgrund der Herstellung, beispielsweise einem Blasformen der Membran, ergibt und/oder dem Einbringen insbesondere einer Füllfluidquelle in den Hohlraum dient.
Eine solche Öffnung wird vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Verkleben, Verschweißen, Vulkanisieren oder dergleichen verschlossen, vorzugsweise, nachdem die Füllfluidquelle in dem Hohlraum angeordnet worden ist.
Gleichermaßen kann eine solche Öffnung auch klemmschlüssig, insbesondere lösbar, verschlossen werden, indem einander zugewandte innere Oberflächenbereiche der Membran gegeneinander gepresst werden. Hierzu kann ein, insbesondere flächiges, Befestigungsmittel, etwa in Form einer Klemmleiste, vorgesehen sein, welches die Membran von außen gegen ein Widerlager presst und hierzu mit dem Widerlager, etwa einer Gegenleiste, verbunden wird, insbesondere lösbar durch Schrauben, oder unlösbar, insbesondere durch Nieten. Dieses Befestigungsmittel verbindet in einer bevorzugten Weiterbildung den Expansionskörper mit einer Kopfstützenstruktur, indem zum Beispiel ein Rand der Membran zwischen einer Klemmleiste und einer Kopfstützenstruktur geklemmt wird, so dass die Klemmleiste zum Einen die Membran an der Kopfstütze festlegt und zum Anderen eine Öffnung verschließt, durch die beispielsweise vorher ein Gasgenerator in den Hohlraum eingebracht worden ist.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die elastische Membran an einem Träger, der den Hohlraum mit begrenzt, lösbar, durch Um- oder Urformen des Trägers und/oder der Membran und/oder stoffschlüssig, insbesondere durch Vulkanisieren, Kleben und/oder Schweißen an dem Träger befestigt.
Der Träger kann insbesondere ein Flansch eines Gasgenerators der Füllfluidquelle, ein Expansionskörpergehäuse, in dem der nicht befüllte Expansionskörper und vorzugsweise auch der Gasgenerator angeordnet ist, oder eine Expansionskörperabdeckung bilden, die dazu vorgesehen ist, von dem expandierenden Expansionskörper weggeklappt und/oder zerstört zu werden. Gleichermaßen kann der Träger ein Element der Kopfstützenstruktur sein. Vorzugsweise dient der Träger zur Fixierung des expandierenden Expansionskörpers am Fahrzeug, er kann zusätzlich mittels der Befestigungskontur lokal die Form des Expansionskörpers im befüllten Zustand vorgeben.
Insbesondere hierzu kann der Träger rahmenartig ausgebildet sein. Gleichermaßen kann der Träger auch als ebene oder gekrümmte Platte ausgebildet sein. In einer bevorzugten Weiterbildung ist wenigstens eine Be- und/oder wenigstens eine Entlüftungsöffnung in dem Träger angeordnet. Auf diese Weise kann die Belastung, die am Umfang einer solchen Öffnung auftritt, über den hierfür besser geeigneten Träger aufgenommen werden.
Der Träger definiert lokal mit seinem an die Befestigungskontur angrenzenden Bereich zusammen mit der elastischen Membran den bzw. die Hohlräume. Hierzu ist der Träger vorzugsweise aus einem, insbesondere thermoplastischen, Kunststoff und/oder einem Metall hergestellt und füllfluiddicht ausgebildet. Wenn ein ausreichend großer Füllfluidstrom zur Verfügung steht, kann der Träger auch eine gewisse Fluidpermeabilität aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführung wird die Membran an dem Träger klemmschlüssig, insbesondere durch Verschrauben oder Falzen, befestigt. Die Membran kann, insbesondere durch Verschrauben, lösbar an dem Träger befestigt werden. Dies kann vorteilhafterweise eine einfache Montage und insbesondere einen Ersatz einer beschädigten oder benutzten Membran ermöglichen. Um eine ausreichend fluiddichte Befestigung zwischen Membran und Träger zu erreichen, können in einer bevorzugten Weiterbildung Schrauben so dicht nebeneinander angeordnet sein, dass die durch sie bewirkten lokalen Anpressungen der Membran ineinander übergehen, d. h. die Membran längs der gesamten Befestigungskontur gegen den Träge gepresst und so reibschlüssig an diesem gehalten wird. Zusätzlich oder alternativ kann auf der dem Träger abgewandten Oberfläche der Membran ein Stützelement, beispielsweise in Form einzelner Unterlegscheiben oder eines, insbesondere rahmenartigen, Flansches mit Bohrungen für mehrere Schrauben, angeordnet sein, welches die von den Schrauben aufgeprägte Normalkraft großflächiger in die Membran einleitet.
Die Membran kann insbesondere durch Falzen des Trägers an diesem befestigt werden. Hierzu kann dieser entsprechend plastisch umgeformt werden, worunter insbesondere ein Bördeln, Taumeln, Verstemmen und dergleichen verstanden wird. Unter einem Falzen des Trägers wird insbesondere die Ausbildung eines Abstandes zwischen zwei einander gegenüberliegenden, zusammenhängenden Oberflächen des Trägers verstanden, in dem ein Rand der Membran klemm- und/oder stoffschlüssig gehalten wird. Dabei kann zunächst die Membran auf einer der Oberflächen platziert und anschließend der Träger plastisch umgeformt werden. Gleichermaßen kann zunächst der Träger entsprechend umgeformt oder auch, insbesondere aus Kunststoff, mit dem Abstand urgeformt und anschließend der Rand der Membran in diesen eingeführt werden, wobei dieser in einer bevorzugten Weiterbildung im undeformierten Zustand eine größere Wandstärke als der Abstand aufweist, unter elastischer Deformation in den Abstand eingeführt wird und dort nur teilweise entspannt, so dass er zwischen den Oberflächen des Trägers reibschlüssig geklemmt ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Membran auch stoffschlüssig mit einer oder beiden Oberflächen des Trägers verbunden, insbesondere verklebt werden.
Die Membran kann insbesondere an dem Träger befestigt werden, indem ein Rand von einem von der Membran und dem Träger in einer Nut von dem anderen von dem Träger und der Membran befestigt wird. Hierzu kann zunächst die Nut hergestellt und dann der Rand in ihr urgeformt werden. Gleichermaßen kann zunächst der Rand hergestellt und beim Urformen des anderen von dem Träger und der Membran von diesem teilweise umschlossen werden, so dass sich die Nut ausbildet. Insbesondere kann die Membran an ihrem Rand mit den Träger bildendem Kunststoff umspritzt werden. Nut bzw. Rand können in einer bevorzugten Weiterbildung einen schmäleren Stegbereich aufweisen, der in einen demgegenüber breiteren Bereich übergeht, welcher einem Herausziehen des Randes aus der Nut formschlüssig entgegenwirkt.
Zusätzlich oder alternativ kann die Membran an dem Träger befestigt werden, indem ein oder mehrere Vorsprünge von einem von der Membran und dem Träger in Aussparungen in dem anderen von dem Träger und der Membran befestigt werden. Dabei können zunächst die Vorsprünge und die Aussparungen hergestellt und dann die Vorsprünge unter elastischer Deformation von Vorsprung und/oder Aussparung in die Aussparungen eingeführt werden. Gleichermaßen ist es möglich, die Aussparungen um die Vorsprünge urzuformen oder umgekehrt die Vorsprünge in den Aussparungen urzuformen. Ein Vorsprung kann einen schmäleren Stegbereich aufweisen, der in einen demgegenüber breiteren Bereich übergeht, welcher einem Herausziehen des Vorsprungs aus der Aussparung formschlüssig entgegenwirkt. Zusätzlich oder alternativ können Rand und Nut bzw. Aussparungen und Vorsprünge reib- und/oder stoffschlüssig aneinander befestigt, insbesondere miteinander verklebt werden.
In einer bevorzugten Ausführung wird die Membran an dem Träger durch Vulkanisieren befestigt. Dies kann insbesondere mit einem der vorgenannten formschlüssigen Befestigungen kombiniert sein. Gleichermaßen kann die Membran auch an den Träger aufvulkanisiert werden und so an ihm haften, ohne dass hierbei ein gesonderter Klebstoff erforderlich ist.
In einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung weist wenigstens ein Hohlraum eine oder mehrere Entlüftungsöffnungen auf. Durch deren Größe und/oder Anordnung kann eine gewünschte Charakteristik, insbesondere Befüllungskinematik, Steifigkeit und/oder Dämpfung, des Expansionskörpers vorgegeben werden.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
1 einen Fahrzeugsitz mit einer Kopfstütze nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit befüllten Expansionskörpern in einer Draufsicht entgegen der Fahrzeuglängsrichtung;
2 den Fahrzeugsitz mit Kopfstütze nach 1 in einem Querschnitt längs der Linie II-II in 1 mit unbefüllten Expansionskörpern; und
3 den Fahrzeugsitz der 2 mit befüllten Expansionskörpern in 2 entsprechender Darstellung.
1 zeigt in einer Draufsicht entgegen der Fahrzeuglängsrichtung, d. h. von vorne, den oberen Teil eines Fahrzeugsitzes 11 mit einer Kopfstütze 10, 2, 3 in einem Querschnitt längs der Linie II-II in 1.
Die Kopfstütze 10 weist eine Kopfstützenstruktur 10.1, beispielsweise aus Kunststoff und/oder Metall, sowie eine Polsterung 10.2, beispielsweise aus Schaumstoff mit einem Bezug aus Leder, Kunstleder und/oder Textilmaterial auf, die gemeinsam Hohlräume der Kopfstütze 10 definieren.
In zwei seitlichen Spalten zwischen Kopfstützenstruktur 10.1 und Polsterung 10.2, die in den Figuren nicht erkennbar sind, ist jeweils ein erster Expansionskörper 1.1 bzw. 1.2 angeordnet, in einem oberen Spalt ein zweiter Expansionskörper 2 sowie in einem zentralen Innenraum der Kopfstütze ein dritter Expansionskörper 3. Jeder Expansionskörper weist eine elastische Membran aus Natur- oder synthetischem Kautschuk auf, die einen Hohlraum begrenzt, und ist mit einem Mikrogasgenerator im Inneren der Kopfstütze fluidverbunden (nicht dargestellt). Insbesondere kann der Mikrogasgenerator im jeweiligen, von der Membran begrenzten Hohlraum angeordnet sein. Die Membran kann den jeweiligen Hohlraum alleine oder in Verbindung mit einem Träger, insbesondere der Kopfstützenstruktur 10.1, begrenzen und hierzu mit dieser verbunden, insbesondere anvulkanisiert sein.
2 zeigt die Expansionskörper 1.1, 1.2, 2 und 3 im unbefüllten Zustand, in dem die elastischen Membrane nicht gedehnt sind und so eine sehr kompakte Stauung im Inneren der Kopfstütze ermöglichen und auf diese Weise Bauraum für weitere, nicht dargestellte Elemente eines Heiz- und/oder Akustiksystems zur Verfügung stellen.
Im Falle eines Crashs werden ein oder mehrere der Mikrogasgeneratoren aktiviert, die daraufhin den jeweiligen Expansionskörper 1.1, 1.2, 2 bzw. 3 befüllen. Hierdurch expandieren diese unter elastischer Dehnung der jeweiligen Membran und treten dabei teilweise aus der Kopfstütze 10 aus.
Hierzu weist die Kopfstützenstruktur 10.1 Klappen 10.3 auf, die durch den expandierenden dritten Expansionskörper 3 geöffnet werden. Der befüllte dritte Expansionskörper 3' ist, wie 3 zeigt, bis auf eine Befestigungsfläche außerhalb und in Fahrzeugrichtung hinter der Kopfstütze 10 angeordnet, wo er eine Kontaktfläche ausbildet, die einen sich nach vorne verlagernden Insassen eines hinteren Sitzes (in 2, 3 rechts; nicht dargestellt) auffängt und so eine Kollision mit dem Sitz 11 verhindert oder wenigstens abmildert.
Der expandierende zweite Expansionskörper 2' tritt durch eine Aufreißnaht zwischen Kopfstützenstruktur 10.1 und Polsterung 10.2, wobei er die Polsterung 10.2 teilweise elastisch oder plastisch deformiert (vgl. 3). Im befüllten Zustand ist er zum Großteil außerhalb der Kopfstütze 10 angeordnet und bildet eine Kontaktfläche aus, die sich über der Kopfstütze 10 erstreckt, um ein Abheben und/oder eine Kopfbelastung eines Insassen des Sitzes zu reduzieren.
Die expandierenden ersten Expansionskörper 1.1', 1.2', die zur Verdeutlichung in 3 nicht dargestellt sind, treten durch jeweils eine Aufreißnaht in der Polsterung 10.2 aus der Kopfstütze 10 hervor und erstrecken sich im befüllten Zustand, wie aus 1 erkennbar, beidseitig neben der Kopfstütze 10. Hierdurch können sie einerseits einen sich lateral verlagernden Kopf eines Insassen des Sitzes 11, andererseits auch den Kopf eines Insassen eines benachbarten Sitzes (in 1 links bzw. rechts; nicht dargestellt) auffangen und so dessen Belastung reduzieren.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt. Bezugszeichenliste

1.1, 1.2	erster Expansionskörper mit elastischer Membran
2	zweiter Expansionskörper mit elastischer Membran
3	dritter Expansionskörper mit elastischer Membran
10	Kopfstütze
10.1	Kopfstützenstruktur
10.2	Kopfstützenpolster
10.3	Klappe
11	Fahrzeugsitz(lehne)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 29907245 U1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 53504 [0021]

Claims

Kopfstütze (10) für einen Sitz (11) eines Kraftfahrzeugs, mit einer Sicherheitseinrichtung, die wenigstens einen Expansionskörper (1.1, 1.2, 2, 3) mit einer elastischen Membran aufweist, die einen Hohlraum begrenzt, wobei ein unbefüllter Expansionskörper (1.1, 1.2, 2, 3) im Inneren der Kopfstütze (10) angeordnet und eine Anordnung des unter elastischer Expansion der Membran befüllten, eine Kontaktfläche ausbildenden Expansionskörpers (1.1', 1.2', 2', 3') wenigstens teilweise außerhalb der Kopfstütze (10) vorgesehen ist.
Kopfstütze (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung eines befüllten Expansionskörper (1.1', 1.2') seitlich neben der Kopfstütze (10) vorgesehen ist, um eine seitliche Belastung eines Kopfes eines Insassen des Sitzes und/oder eines seitlich benachbarten Sitzes zu reduzieren.
Kopfstütze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung eines befüllten Expansionskörper (3') hinter der Kopfstütze (10) vorgesehen ist, um eine Belastung eines Kopfes eines Insassen des Sitzes und/oder eines dahinter angeordneten Sitzes zu reduzieren.
Kopfstütze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung eines befüllten Expansionskörper (2') über der Kopfstütze (10) vorgesehen ist, um ein Abheben und/oder eine Kopfbelastung eines Insassen des Sitzes zu reduzieren.
Kopfstütze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Austrittsmittel (10.3), welches durch einen befüllten Expansionskörper öffenbar ist.
Kopfstütze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Expansionskörper wenigstens einen weiteren Hohlraum aufweist.
Kopfstütze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlraum eine ein- oder beidseitig offene Aussparung wenigstens teilweise umschließt, die vorzugsweise von einer Abdeckung verschlossen ist, und/oder der Hohlraum teilweise von einem Stoff begrenzt wird, der sich bei Befüllung entfaltet.
Kopfstütze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Träger (10.1), der einen Hohlraum mit begrenzt und an dem die elastische Membran befestigt ist, wobei die Membran lösbar, durch Um- oder Urformen des Trägers und/oder der Membran und/oder stoffschlüssig, insbesondere durch Vulkanisieren an dem Träger befestigt ist.
Kopfstütze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Membran einen Hohlraum allseitig umschließt.
Kopfstütze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Expansionskörper eine Hülle aufweist, die die elastische Membran, wenigstens teilweise, umschließt.
Kraftfahrzeugsitz (11) mit einer Kopfstütze (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Füllfluidquelle zur Befüllung eines Hohlraums unter elastischer Expansion der Membran in der Kopfstütze (10), einer Rückenlehne (11) und/oder einer Sitzschale des Sitzes angeordnet ist.