DE19534483A1 - Airbagsystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Airbagsystem zum Abbau der kineti­ schen Energie eines Fahrzeuginsassen bei einem Fahrzeugunfall mit starker, negativer Beschleunigung, bei dem ein Luftsack durch ein in einer Brenn­ kammer erzeugtes Gas aufblasbar ist, das vor dem Austritt aus der Brenn­ kammer durch einen Gasstromfilter gereinigt wird.

Ein derartiges Airbagsystem ist aus der DE 41 35 299 A1 bekannt.

Im Falle eines Aufprallunfalls eines Fahrzeugs erzeugen sogenannte Air­ bag-Gasgeneratoren Gas zum Füllen eines Luftsackes, der dann die Fahrzeug­ insassen vor dem Aufprall auf harte Fahrzeuginnenteile wie das Lenkrad schützt. Bekannte Airbagsysteme verwenden meist Gasgeneratoren pyro­ technischer Art. Wenn eine Sensorik des Airbagsystems einen Aufprallunfall des Fahrzeugs erkennt, wird ein Anzünder im Gasgenerator gezündet. Diese Anzündung wird durch eine sogenannte Anzündladung zur Erzeugung heißer Partikel verstärkt. Diese heißen Partikel treffen dann auf die Oberfläche des meist in Tablettenform vorliegenden Treibstoffes, der dann selbst zündet und in der sogenannten Brennkammer unter einem hohen Druck abbrennt, so daß Gas zum Füllen des Luftsackes entsteht. Da neben reinem Gas auch noch flüssige bzw. feste Bestandteile bei der Verbrennung entstehen, wird der Gasstrom durch entsprechende Gasstromfilter in der Filterkammer vor Austritt aus dem Gasgenerator gereinigt.

Das bekannte Airbagsystem verwendet einen Luftsack aus einem organi­ schen Sackmaterial. Bei sehr hohen Temperaturen des Gasstroms und der heißen Partikel, die beispielsweise bei Gasgeneratoren mit sogenannten azidfreien Treibstoffsystemen immer erzeugt werden, können die bekann­ ten Sackmaterialien keinen ausreichenden thermischen bzw. mechanischen Schutz des auf den Luftsack aufprallenden Fahrzeuginsassen gewährleisten. Durch den heißen Gasstrom und die heißen Partikel wird das organische Sackmaterial, insbesondere im Bereich des sogenannten Sackmundes, be­ schädigt, da es teilweise zu einem Anschmelzen oder Verbrennen des Sack­ materials, zumindest aber zu einer Löcherbildung in dem Luftsack kommt.

Der Luftsack des bekannten Airbagsystems weist Entlüftungsöffnungen (Ventholes) unterschiedlicher Größe und Anzahl auf, aus denen das Gas nach der Sackentfaltung wieder entweichen kann und die bei einem Unfall ein weiches Auffangen des Fahrzeuginsassen sicherstellen. Dabei gelangen feste, bei azidfreien Treibstoffen zum Teil heiße Verbrennungsrückstände in Form von Feinstaub über die Entlüftungsöffnungen in den Fahrzeuginnen­ raum, so daß es zu Gesundheitsschädigungen des Fahrzeuginsassen kommt.

Luftsäcke bekannter Airbagsysteme sind meist aus Polyamid hergestellt und ggf. zusätzlich mit Silikon oder Neopren beschichtet. Diese Sackmaterialien schmelzen bzw. verkoken bei sehr hohen Gas- bzw. Partikeltemperaturen, insbesondere bei azidfreien Treibstoffsystemen, hauptsächlich im Bereich des Sackmundes, an dem der Gasgenerator befestigt ist. Dies hat zur Folge, daß ein ausreichender Schutz des Fahrzeuginsassen vor diesen gesundheits­ schädigenden Gasen, wie beispielsweise Kohlenstoffmonoxid, nitrosen Gasen und Ammoniak, nicht ausreichend möglich ist.

Luftsäcke anderer bekannter Airbagsysteme weisen daher Fasermaterialien aus Polyparaphenylenterephthalamid (Aramid) auf, das z. B. unter den Mar­ ken Kevlar oder Twaron bekannt ist. Diese wärmeresistenteren Fasermate­ rialien sind jedoch teuer und bestehen ebenfalls aus einem organischen Grundgerüst, so daß auch die Gefahr der Kohlenmonoxidbildung weiter be­ steht.

Wiederum andere Airbagsysteme besitzen Luftsäcke, bei denen die Entlüf­ tungsöffnungen (Ventholes) durch unterschiedlich durch lässige Fasermate­ rialien aus Polyparaphenylenterephthalamid (Kevlar) ersetzt sind. Austretender Feinstaub des Gasstroms ist zwar bei diesen Airbagsystemen auf ein Minimum reduziert, es ist aber eine Schadstoffbelastung des Fahr­ zeuginsassen durch Kohlenstoffmonoxid und andere schädigende Gase im­ mer noch vorhanden, zudem sind diese Luftsäcke sehr teuer.

Bei der Erzeugung des Gasstromes wird der gesamte Treibstoff unter Bil­ dung von festen, flüssigen und gasförmigen Verbrennungsprodukten voll­ ständig umgesetzt. Die festen und flüssigen Verbrennungsprodukte werden dabei durch verschiedene Gasstromfilter größtenteils zurückgehalten. Be­ kannte Airbagsysteme verwenden beispielsweise Edelstahlsiebe mit unter­ schiedlicher Dicke und Maschenweite, die sich aber nachteiligerweise un­ günstig auf das Gesamtgewicht des Airbagsystems auswirken. Zum Teil wer­ den auch Gasstromfilter eingesetzt, bei denen keramische Kurzschnittfasern in einer organischen Kunststoffmatrix eingebunden sind. Daher ist auch bei diesen Gasstromfiltern eine hohe Schadgas- und Schmutzbelastung bei hohen Gasstromtemperaturen gegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Air­ bagsystem derart weiterzuentwickeln, daß eine Schadstoffbelastung des Fahrzeuginsassen aufgrund der Füllung des Luftsackes des Airbagsystems mit einem heißen Gas verhindert wird, ohne den Wirkungsgrad des Airbag­ systems zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest Teilbereiche des Luft­ sackes und/oder des Gasstromfilters eine oder mehrere Lagen von Gewebe- oder Geflechtschichten aufweisen, die aus einzelnen, miteinander verbun­ denen Fasern aus einem anorganischen, vorzugsweise keramischen Faser­ material zusammengesetzt sind.

Da anorganische, insbesondere keramische Fasermaterialien aufgrund ihrer chemischen Natur eine wesentlich höhere Temperaturbelastbarkeit im Ver­ gleich zu den bekannten Sackmaterialien aufweisen, kann ein Luftsack des erfindungsgemäßen Airbagsystems durch das heiße Gas nicht beschädigt werden. Deshalb können auch keine für den Fahrzeuginsassen schädlichen Gase freigesetzt werden.

Durch den Einsatz von anorganischen oder keramischen Fasermaterialien läßt sich ein flexibler und verformbarer Luftsack fertigen, der bei der Her­ stellung gut verarbeitbar ist und im aufgeblasenen Zustand die kinetische Energie des Fahrzeuginsassen erfolgreich abbauen kann, so daß ein auf den Luftsack aufprallender Fahrzeuginsasse bei einem Fahrzeugunfall nicht ge­ schädigt wird. Der Luftsack hat den weiteren Vorteil, daß die anorganischen bzw. keramischen Fasermaterialien ein geringes Gewicht aufweisen.

Ebenso wichtig und vorteilhaft ist es, daß die Fasermaterialien des erfin­ dungsgemäßen Airbagsystems eine hohe Verschleiß-, Korrosions- und Oxida­ tionsbeständigkeit besitzen, da in ein Fahrzeug eingebaute Airbagsysteme meist über einen längeren Zeitraum hinweg nicht zum Einsatz kommen, in der Regel überhaupt nie.

Aufgrund der guten Verarbeitbarkeit und Formbarkeit der Fasern aus einem anorganischen oder keramischen Fasermaterial läßt sich die Maschenweite und Materialdicke des Luftsackes und auch des Gasstromfilters vorteil­ hafterweise beliebig einstellen.

Mit Hilfe der teilweise durchlässigen und hochtemperaturfesten Gewebe­ schichten aus anorganischen Fasermaterialien wird ein Gasstromfilter gebil­ det, der heiße Verbrennungsrückstände in der Filterkammer zurückhalten kann, ohne selbst beschädigt zu werden. Endlose Filamente anorganischer Fasern, die zu unterschiedlich großen Maschengeflechten verarbeitet wer­ den können, haben den weiteren Vorteil, daß sie im Vergleich zu konven­ tionellen Filtermaterialien wesentlich leichter, hochtemperaturfester und außerdem flexibler formbar sind.

Die einzelnen Fasern können, auf einer mikroskopischen Skala gesehen, mit­ einander verknotet oder gekreuzt sein, so daß sich unterschiedliche Gewe­ be- oder Geflechtschichten fertigen lassen, die sämtlichen Anforderungen, die an heutige Airbagsysteme gestellt werden, genügen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Gewebe- oder Geflechtschichten aus Fasermaterial im Bereich eines Sackmundes des Luft­ sackes angebracht. Da der Sackmund mit dem Gasgenerator des Airbagsy­ stems verbunden ist, damit das durch den Gasgenerator erzeugte heiße Gas über den Sackmund in den Luftsack eindringt, ist es besonders wichtig, ei­ nen Flammschutz in diesem Bereich des Luftsackes vorzusehen. Als Flamm­ schutz werden daher bevorzugt eine oder mehrere Lagen entsprechend zu­ geschnittener Gewebe- oder Geflechtschichten aus einem anorganischen oder keramischen Fasermaterial im Bereich des Sackmundes eingenäht.

Um Beschädigungen des Luftsackes und damit Verletzungen der Fahrzeugin­ sassen zu vermeiden, ist es ebenfalls bevorzugt, daß die Gewebe- oder Ge­ flechtschichten aus Fasermaterial auf eine Innen- oder Außenhaut des Luft­ sackes aufgenäht sind. Speziell geformte Fasermaterialien können als Flammschutz oder als Filterelemente an besonders wichtigen Bereichen des Luftsackes angebracht werden.

Bei anderen Ausführungsformen sind die Gewebe- oder Geflechtschichten auf Entlüftungsöffnungen (Ventholes) des Luftsackes angeordnet. Durch die Einstellung der Maschenweite und Materialdicke der Gewebe- oder Geflecht­ schichten lassen sich die Entlüftungsöffnungen durch Gewebe- oder Ge­ flechtschichten derart abdecken, daß einerseits das Gas aus dem Luftsack wieder entweichen kann und ein weiches Auffangen des Fahrzeuginsassen gewährleistet ist und andererseits heiße Gaspartikel zurückgehalten werden.

Wenn Bänder aus Fasermaterial als Filterelemente an Metallwandungen der Filterkammer des Gasstromfilters angebracht sind, läßt sich die Wirkungs­ weise und Temperaturbeständigkeit des Gasstromfilters erhöhen und gleichzeitig das Gewicht des Gasstromfilters reduzieren. Es wäre auch denk­ bar, konventionelle Gasstromfilter aus Metall mit erfindungsgemäßen Gas­ stromfiltern aus Fasermaterial zu kombinieren, indem geeignete abgelängte Bänder aus Fasermaterial an den Metallwandungen eingeklebt oder auf an­ dere Weise fixiert werden.

Besonders bevorzugt ist es, daß die Fasern aus Metalloxiden bestehen. Der­ artige Fasern weisen ein besonders gutes Adsorptions- und katalytisches Verhalten auf, so daß heiße Partikel des durch den Gasgenerator erzeugten Gasstromes gefiltert bzw. zurückgehalten werden.

Vorteilhafterweise lassen sich die Fasern aus Al₂O₃ fertigen, die aufgrund ih­ rer hohen spezifischen Oberflächenenergie ein gutes Adsorptionsvermö­ gen, gute katalytische Eigenschaften und eine hohe mechanische Formbe­ ständigkeit bei hohen Temperaturen besitzen.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Fasern aus SiO₂ gefertigt. Dies hat den Vorteil, daß für die Herstellung der Gewebe- oder Geflechtschichten des erfindungsgemäßen Airbagsystems eines der in der Natur am häufigsten vorkommenden anorganischen Oxide verwendet werden kann. SiO₂ gehört zur Gruppe vernetzter amorpher Festkörper und kann durch die Zugabe verschiedener additiver Oxide, wie beispielsweise Na₂O, mit unterschiedlich­ sten Netzwerkstrukturen ausgebildet werden, so daß optimale Fasern für den Einsatz in Airbagsysteme geschaffen werden können.

Bei einer weiteren Variante sind die Fasern aus B₂O₃ gefertigt, das aufgrund seiner Molekülstruktur mit einer teilweise ionischen und teilweise kovalen­ ten Bindung ebenfalls bevorzugte Adsorptions- und Katalysatoreigenschaf­ ten aufweist.

Ebenfalls ist es vorteilhaft, daß die Fasern eine Temperaturbelastbarkeit über 1000°C ohne wesentliche Beeinträchtigung ihrer mechanischen Eigen­ schaften sowie einen Schmelzpunkt über 1600°C aufweisen. Dies ist ins­ besondere dann wichtig, wenn die Gewebe- oder Geflechtschichten aus an­ organischen oder keramischen Fasern als Gasstromfilter ausgebildet sind und dort eingesetzt werden, wo die heißeste Temperatur des Gasstromes vorliegt, nämlich direkt an der Austrittsöffnung der Brennkammer.

Es versteht sich von selbst, daß die Fasern aus unterschiedlichen Fasermate­ rialien auch zu einem Faserverbund miteinander kombiniert werden kön­ nen.

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

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Luftsackes des erfindungsgemäßen Airbagsystems, bei dem Gewebe- oder Geflecht­ schichten aus Fasermaterial im Bereich eines Sackmundes des Luft­ sackes angebracht sind; und

Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines weiteren Luft­ sackes des erfindungsgemäßen Airbagsystems, bei dem Gewebe- oder Geflechtschichten aus Fasermaterial auf Entlüftungsöffnungen (Ventholes) des Luftsackes angeordnet sind.

Die einzelnen Figuren in der Zeichnung zeigen den erfindungsgemäßen Ge­ genstand teilweise stark schematisiert und sind nicht maßstäblich zu verste­ hen.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Luftsackes 10 eines erfin­ dungsgemäßen Airbagsystems im entfalteten, aufgeblasenen Zustand. Über eine Sacköffnung 11 ist ein in einem Gasgenerator erzeugtes Gas in den Luftsack 10 eingedrungen, da ein Sackmund 12 des Luftsackes 10 mit einer Öffnung des Gasgenerators verbunden ist. Der Gasgenerator ist in der Figur nicht gezeigt. Das Gas weist eine hohe Temperatur auf, so daß der Sack­ mund 12 und umliegende Randbereiche des Sackmundes 12 ebenfalls hohen Temperaturen und heißen Partikeln ausgesetzt sind. Gewebeschichten 13 aus einem anorganischen Fasermaterial sind im Bereich des Sackmundes 12 angebracht und dienen als Flammschutzlage. Gegebenenfalls können auch mehrere Lagen der Gewebeschicht 13 vorgesehen sein, um den Bereich um den Sackmund 12 auch bei hohen Temperaturen vor einem Schmelzen oder Verkoken zu schützen.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Luftsackes 20 eines wei­ teren erfindungsgemäßen Airbagsystems, in den über eine Sacköffnung 21 ein heißes Gas eingedrungen ist, so daß der Luftsack 20 in der Fig. 2 im auf­ geblasenen, entfalteten Zustand dargestellt ist. Der Luftsack 20 ist über ei­ nen Sackmund 22 mit einem Gasgenerator zur Erzeugung des heißen Gas­ stromes verbunden, der in der Figur nicht dargestellt ist. Der Luftsack 20 weist eine Entlüftungsöffnung 23 auf, die auch als Venthole bezeichnet wird. Aus der Entlüftungsöffnung 23 kann das Gas nach der Sackentfaltung wieder entweichen und gewährleisten, daß der auf den Luftsack 20 aufpral­ lende Fahrzeuginsasse weich aufgefangen wird. Damit der heiße Gasstrom oder heiße Partikel den aufprallenden Fahrzeuginsassen nicht schädigen können, ist über der Entlüftungsöffnung 23 eine Gewebeschicht 24 aus ei­ nem anorganischen Fasermaterial angebracht. Es können auch mehrere Ent­ lüftungsöffnungen 23 vorgesehen sein, die unterschiedlich groß ausgebildet und mit unterschiedlich vielen Lagen der Gewebeschicht 24 abgedeckt sind. Die Gewebeschicht 24 ist auf den Luftsack 20 aufgenäht und dient einerseits als Gasstromfilter für das austretende Gas und andererseits als Flammschutzlage.

Claims (11)

1. Airbagsystem zum Abbau der kinetischen Energie eines Fahrzeuginsassen bei einem Fahrzeugunfall mit starker, negativer Beschleunigung, bei dem ein Luftsack (10; 20) durch ein in einer Brennkammer erzeugtes Gas aufblas­ bar ist, das vor dem Austritt aus der Brennkammer durch einen Gasstromfil­ ter gereinigt wird, dadurch gekennzeichnet, aß zumindest Teilbereiche des Luftsackes (10; 20) und/oder des Gasstromfilters eine oder mehrere Lagen von Gewebe- oder Geflechtschichten (13; 24) aufweisen, die aus einzelnen, miteinander verbundenen Fasern aus einem anorganischen, vorzugsweise keramischen Fasermaterial zusammengesetzt sind.

2. Airbagsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewe­ be- oder Geflechtschichten (13; 24) aus Fasermaterial im Bereich eines Sack­ mundes (22) des Luftsackes (20) angebracht sind.

3. Airbagsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebe- oder Geflechtschichten (13; 24) aus Fasermaterial auf eine Innen- oder Außenhaut des Luftsackes (10; 20) aufgenäht sind.

4. Airbagsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gewebe- oder Geflechtschichten (24) auf Entlüftungs­ öffnungen (23) (Ventholes) des Luftsackes (20) angeordnet sind.

5. Airbagsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Bänder aus Fasermaterial als Filterelemente an Metall­ wandungen der Filterkammer des Gasstromfilters angebracht sind.

6. Airbagsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fasern aus Metalloxiden bestehen.

7. Airbagsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Al₂O₃ gefertigt sind.

8. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fasern aus SiO₂ gefertigt sind.

9. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fasern aus B₂O₃ gefertigt sind.

10. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fasern aus einer Kombination aus Al₂O₃, SiO₂ und B₂O₃ gefertigt sind.

11. Airbagsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fasern eine Temperaturbelastbarkeit über 1000°C ohne wesentliche Beeinträchtigung ihrer mechanischen Eigenschaften so­ wie einen Schmelzpunkt über 1600°C aufweisen.