DE1955145A1

DE1955145A1 - Stossdaempfungseinrichtung

Info

Publication number: DE1955145A1
Application number: DE19691955145
Authority: DE
Inventors: Martin Robert Lynn; Berryman Charles Oscar
Original assignee: Eaton Yale and Towne Inc
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1968-11-04
Filing date: 1969-11-03
Publication date: 1970-05-27
Also published as: GB1281229A; US3606377A; US3552770A; FR2022503A1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Stoßdämpfungseinrichtung, um Verletzungen von Fahrzeuginsassen bei Unfällen auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Im besonderen ist die Erfindung auf ein Fahrzeug-Stoßdämpfungssystem von der Art gerichtet, bei welcher eine chemische, elektrochemische oder pyrotechnische Reaktion zur Erzeugung einer Gasmenge verwendet wird, durch die eine Hülle vor einem Fahrzeuginsassen bei einem Unfall mit dem Zweck aufgeblasen wird, den Fahrzeuginsassen in sicherer Weise zu verzögern und ernste \b?letzungen desselben zu verhindern.

Die Verwendung aufblasbarer Hüllen mit dem Ziel, Verletzungen von Fahrzeuginsassen bei Unfällen so gering wie möglich zu halten, ist bekannt und in einer Anzahl von USA-Patenten gezeigt;

U.S.Patent No. 2.649.311

U.S.Patent No. 2.755.125

U.S.Patent No. 2.834.606

U.S.Patent No. 2.850.291 U.S.Patent No. 3.197.234 U.S.Patent No. 3.243.822 Telegr.-Adr.: ELPATENT Postschadritonto München 86510 Deutsch· Bank Augsburg Kto. 08/34192

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Alle diese Patente beschreiben die Verwendung einer gasgefüllten Hülle zur Verbesserung der Überlebenschancen der Insassen, wenn das Fahrzeug in einen Unfall verwickelt wird. Die Theorie der gasgefüllten Hülle besteht darin, einen grossen Teil der räumlichen Abmessung vor einem Fahrzeuginsassen dazu auszunutzen, den Insassen auf eine Geschwindigkeit zu verzögern, die gegenüber derjenigen wesentlich herabgesetzt ist, welche eintreten würde, wenn der Insasse nicht geschützt wäre. Die Anwendung dieser Theorie ist u.a. in dem U.S.A.-Patent 2.834.606 beschrieben.

Eine weitere Anwendungsform gasgefüllter Hüllen zur Herabsetzung der Verletzungen von Fahrzeuginsassen auf ein Mindestmaß ist in dem USA-Patent 2.755.125 beschrieben, welcher lediglich der Gedanke zugrunde liegt, zu verhindern, daß der Insasse auf einen Bauteil des Fahrzeugs aufschlägt, statt die Verzögerung des Insassen über die größtmögliche Strecke herabzusetzen. Beide genannten Anwendungsformen stellen ein wirksames Mittel zur Verringerung der Verletzungen von Fahrzeuginsassen bei einem Unfall dar und die vorliegende Erfindung ist auf diese und andere Anwendungsformen anwendbar.

Zum besseren Verständnis und zur Aufstellung objektiver Kriterien beim Messen der Kräfte, Dynamik und Fahrgastkinematik beim Eintritt eines Unfalls findet eine Anzahl Verfahren zum Simulieren von FAhrzeugunfällen unter Laboratoriumsbedingungen Anwendung· Ein häufig angewendetes Verfahren besteht darin, ein repräsentatives Fahrzeug auf eine unbewegliche unnachgiebige Barriere aufprallen zu lassen. Diese destruktive Methode führt zu Ergebnissen, welche nach einer Anzahl von Versuchen mit repräsentativen Fahrzeugen mit den Ergebnissen übereinstimmen, die bei einem Unfall mit einem besonderen Fahrzeug zu erwarten sind. Die unbewegliche Barriere wird verwendet, um se viel von der kineti-

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sehen Energie des Fahrzeugs wie möglich aufrecht zu erhalten, und diese Energie in Beschädigung des Fahrzeugs umzuwandeln. Das Barrierenkollisionsverfahren ist für die Beschädigung des Fahrzeugs ziemlich wirksam, da die Ergebnisse vieler Barrierenkollisionen gezeigt haben, daß ein Fahrzeug, welches sich mit 48 km/h (30 mph) bewegt, eine ebenso grosse Beschädigung erfährt und weitgehend in der gleichen Weise bei einer Barrierenkollision verzögert wird, wie es bei einem Unfall der Fall ist, bei dem zwei ähnliche Fahrzeuge direkt mit 88 km/h (55 mph) zusammenprallen. Ein neueres und besser kontrollierbares Verfahren zur Ermittlung der Fahrgastdynamik und -kinematik besteht in der ^rwendung von Hochbeschleunigungsschlitten. Schlittenversuche sind wesentlich weniger destruktiv als Barrierenkollisionen und können mit viel grösserer Genauigkeit wiederholt werden. Die Schlittenversuche ermöglichen eine grössere Kontrolle über die veränderlichen Faktoren von Fahrzeugunfällen, so daß sehr viel Information in verhältnismässig kurzer Zeit bei wesentlich geringeren Kosten, als es bei Barrierenkollisionen möglich wäre, gewonnen werden kann.

Aus den bereits aus Versuchen der vorangehend beschriebenen Art. erhaltenen Informationen hat sich ergeben, daß, um wirksam zu sein, ein Stoßdämpfungssystem innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums voll arbeiten muß. Bei einer 48 km/h (30 mph)· Barriere oder bei einem direkten Aufprall bei 88 km/h (55 mph) beginnt sich ein Fahrgast auf dem Vordersitz innerhalb 50 Millisekunden (0,050 Sekunden) oder weniger nach dem Eintreten des Unfalls zu bewegen. Bei einer 96 km/h (60 mph)-Barriere oder bei einem direkten Zusammenprall bei 177 km/h (110 mph) beginnt sich ein Fahrgast auf einem Vordersitz innerhalb 15 Millisekunden (0,015 Sekunden) oder weniger nach dem Eintritt des Unfalls zu bewegen. Jede der vorangehend beschriebenen AufprallSituationen gehen zur menschlichen Betätigung eines Stoßdämpfungssystems viel zu rasch vor sich.

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Um wirksam zu sein und Verletzungen der Insassen auf ein Mindestmaß herabzusetzen, muß eine Stoßdämpfungseinrichtung während Zeiträume vor dem Eintritt eines Unfalls betätigbar sein oder muß vollautomatisch sein und innerhalb des Zeitraums betätigbar werden, der von dem Eintritt des Unfalls an läuft. Bekannte Stoßdämpfungsanrxchtungen, die bei einem Unfall in Wirkung treten, beispielsweise Sitzgurte, sind gegenwärtig nur teilweise wirksam, eine Verletzung der Fahrzeuginsassen zu verhindern. Eine vorher aufgeblasene gasgefüllte Hülle würde, obwohl voll wirksam, wahrscheinlich für die Insassen aus vielen Gründen zu beanstanden sein. Solche Einrichtungen sind beispielsweise P in dem USA-Patent 1.675.957 gezeigt,, die in erster Linie zur Verwendung zum Schutz von Frachtgut gegen Beschädigung bestimmt sind.

Stoßdämpfungssysteme, welche auf der menschlichen Reaktion zur Betätigung beruhen, wie sie in den USA-Patenten 2.649.311 und 3.243.842 beschrieben sind, sind unzweckmässig, da die menschliche Reaktion etwa 500 Millisekunden (0,500 Sekunden) nach dem Eintreten eines Unfalls beansprucht im Gegensatz zur vollen Betätigung, die in mindestens 50 Millisekunden CO,050 Sekunden) nach dem Eintreten eines Unfalls notwendig ist, damit ein Stoßdämpfungssystem wirksam sein kann.

Ein weiteres Problem, das bisher bei gasgefüllten Stoßdämpfungseinrichtungen bestand, ist darin zu sehen, daß es zum Füllen einer aufblasbaren Hülle in der erforderlichen Zeit und mit dem Volumen, die für einen angemessenen Schutz der Insassen notwendig sind, unerläßlich war, das Gas mit verhältnismässig hohen Drücken entweder an oder in der Nähe der aufblasbaren Hülle zu speichern. Das USA-Patent 2.8 50.291 zeigt einen Hochdruckbehälter in der Nähe der aufblasbaren Hülle und schlägt ferner die Verwendung einer explosiven Ladung zum Aufbrechen des Hochdruckbehälters vor. In diesem

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Falle besteht das Problem, daß für ein einwandfreies Arbeiten der Gasdruck im Behälter über lange Zeiträume aufrechterhalten werden muß, während jedoch bei einem gegebenen Fahrzeug Zusammenstösse statistisch von relativ geringer Häufigkeit sind. Die wahrscheinlichen Folgen eines Zusammenpralls erfordern jedoch, daß die Stoßdämpfungseinrichtung ständig betriebsbereit ist. Ein Medium ohne Lecken über längere Zeiträume unter hohem Druck zu halten stellt das Problem dar, dem man sich gegenübersieht. Bekanntlich stellt insbesondere in Personenkraftwagen der Druckmittelverlust bei Systemen von verhältnismässig geringem Druck ein ständiges Problem dar, selbst bei dem heutigen Stand der Technik der Druckdichtungen. Hieraus läßt sich ohne weiteres erkennen, daß die Aufrechterhaltung eines hohen Druckes bei einem Medium für eine Einrichtung der vorerwähnten Art ein noch grösseres Problem darstellt.

Die Stoßdämpfungseinrichtungen nach den USA-Patenten 2.649.311, 2.755.125 und 2.860.003, ferner 2.806.737, 2.834.606, 2.834.609 und 3.197.234, sowie 3.243.822, haben ebenfalls das Problem der Aufrechterhaltung eines hohen Druckes und die damit verbundenen Schwierigkeiten.

Der Stand der Technik, wie er sich aus den genannten Patenten ergibt, ist ausserdem mit einem Handhabungsproblern insofern belastet, als manchmal während des Zusammenbaus der Stoßdämpfungseinrichtung der Hochdruckbehälter mit einem Hochdruckmedium gefüllt werden muß. Die Handhabung solcher Behälter, die ein Medium unter hohem Druck enthalten, ist verhältnismässig gefährlich, besonders infolge des Umstandes, daß die Druckbehälter für Stoßdämpfungseinrichtungen abs ichtlich so gebaut sind, daß eine Entladung beim Eintreten einer bestimmten Wirkung erfolgt»

Bei der Stoßdämpfungseinrichtung nach dem USA-Patent 3.336,045

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wird ein Gaserzeugungsmaterial zum Aufblasen des Behälters verwendet. Die letztgenannte Einrichtung unterliegt jedoch Problemen, die mit den Gaserzeugungsmaterialien in Zusammenhang stehen, und insbesondere dem Problem, was mit der durch die Verbrennung des Gaserzeugungsmaterials entstehenden Wärme geschehen soll, sowie dem Problem, daß das Material über einen langen Zeitraum unbrauchbar werden kann.

Die Erfindung löst die Probleme der Speicherung und Handhabung eines Hochdruckmediums durch die Verwendung einer druckfreien Mediumquelle, die eine aufblasbare Hülle von einem geeigneten Volumen innerhalb der Zeit füllen kann, die nach dem Auftreten eines Unfalls notwendig ist. Erfindungsgemäß ist die Verwendung eines chemischen Gaserzeugungsmaterials vorgesehen, das sich innerhalb der aufblasbaren Hülle befindet und in geeigneter Weise mit einer Erregungsquelle verbunden ist, um die Gaserzeugung nach dem Eintreten eines Unfalls einzuleiten.

Durch die Anordnung des gaserzeugenden Materials innerhalb der Hülle wird das Erstere gegenüber fremden Stoffen, die zum Unbrauchbarwerden des Materials beitragen könnten, im wesentlichen abgedichtet und ferner die Zeit herabgesetzt, die zum Aufblasen der Hülle notwendig ist. Erfindungsgemäß ist ausserdem die Verwendung einer Kühleinrichtung zur Aufnahme der durch die Verbrennung des gaserzeugenden Materials entstandenen Wäme vorgesehen, um dadurch eine Beschädigung der Sicherheitseinrichtung zu verhindern. Die Gaserzeugung kann durch eine chemische, elektrochemische oder pyrotechnische Reaktion erfolgen.

Zusammenfassung 4er Erfindung

Gegenstand de-.» Erfindung ist eine Sicherhei\«einrichtung zur

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Verwendung in einem FAhrzeug mit einem Null- oder Niederdruck-Gasgenerator in einer aufblasbaren Hülle, welche Einrichtung betätigbar ist, um die Bewegung der Fahrzeuginsassen bei einem Unfall anzuhalten. Die Gaserzeugung kann durch chemische, elektrochemische oder pyrotechnische Reaktion geschehen. Das auf diese Weise als Folge eines abgetasteten Unfalls erzeugte Gas bläst die Hülle auf einen niedrigen Druck auf. Die Niederdruckhülle hält dann die Bewegung eines Fahrzeuginsassen über eine Strecke an, wodurch dessen Verletzung auf ein Mindestmaß herabgesetzt oder verhindert wird. Die Erfindung stellt einen wesentlichen Beitrag zum Stand der Technik bei Stoßdämpfungseinrichtungen dar, insofern die Notwendigkeit der Handhabung und Speicherung von Hochdruck-Mediumbehältern über längere Zeiträume vermieden wird, welche Hochdruckbehälter infolge der Wichtigkeit ihrer Funktion auf einem verhältnismässig festen hohen Druck bleiben müssen oder wertlos sind, wenn die Gelegenheit für ihre Benutzung eintritt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Für die Erfindung gibt es viele praktische Ausführungsformen, von denen einige wenige in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind und zwar zeigen:

Fig. 1 ein Fahrzeug mit einer eingebauten aufblasbaren Stoßdämpfungseinrichtung und ferner verschiedene Einbaumöglichkeiten für die Einrichtung, um Verletzungen der Insassen bei einem Unfall auf ein Mindestmaß herabzusetzen;

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, in welcher bestimmte der aufblasbaren Hüllen von Fig. 1 im aufgeblasenen Zustand dargestellt sind;

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Fig. 3 eine Ansicht, die den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ansichten ähnlich ist und in anderer Weise angeordnete aufblasbare Hüllen nach Fig. 1 im aufgeblasenen Zustand zeigt;

Fig. 4 eine Längsansicht, die eine Stoßdämpfungsexnrichtung in Form einer aufblasbaren Hülle zeigt und in der insbesondere der erfindungsgemässe Gaserzeuger für den vorliegenden Fall dargestellt ist;

Fig. 5 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 4, wobei die aufblasbare Hülle in einem nicht aufgeblasenen Zustand dargestellt ist;

Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Ansicht, welche die aufblasbare Stoßdämpfungshülle nach dem Aufblasen zeigt;

Fig. 7 eine Abänderung der in Fig. 4 dargestellten Einrichtung;

Fig. 8 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 8-8'in Fig.7;

Fig. 9 eine weitere Abänderung der in Fig. k dargestellten Einrichtung;

Fig.10 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 10-10 in Fig.9;

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer Kühleinrichtung und

Fig.12 eine Abänderungsform von Fig. 5 mit einer anderen Kühleinrichtung^

Fig„Ό eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Fig_ei4 eine Einzelheit aus Fig. 1.3 in vergrößertem Maßstab]

Fig.15 eine weitere Ausführungsform.

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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen;

Nachstehend wird auf Fig. 1-12 der Zeichnungen zur Erläuterung der Erfindung und zur Offenbarung einer bevorzugten Ausführungsform bezug genommen.

Fig. 1 zeigt einen Personenkraftwagen 100 mit einem vorderen Fahrgastsitz 106 und einem hinteren Fahrgastsitz 110. Ferner sind in Fig. 1 mehrere Stellen für eine zufriedenstellende Leistung einer aufblasbaren Stoßdämpfungseinrichtung dargestellt. Eine Anordnung wäre unmittelbar vor den Fahrzeuginsassen, d.h. im Instrumentenbrett 104· und an der Rückwand des Vordersitzes 106 möglich. Die im Instrumentenbrett 10¹I und hinter dem Vordersitz 106 angeordneten Stoßdämpfungseinrichtungen sind mit 102 bzw. 96 bezeichnet.

Die in Fig. 1 gezeigten alternativen Stellungen sind vor und über den Fahrgastsitzen 106 und 110. Die tragende Anordnung für die Stoßdämpfungseinrichtungen 9t und 98 können bei dieser alternativen Stellung Fahrzeugrollschienen sein.

Wenn das Fahrzeug in einen Unfall verwickelt wird, wird die aufblasbare Hülle 12 entweder in der in Fig. 2 oder in der in Fig. 3 gezeigten Weise je nach dem ursprünglichen Einbau der Einrichtungen aufgeblasen.

Bei den in Fig. 2 und 3 dargestellten Stellungen bildet die aufgeblasene Hülle 12 eine flexible Barriere für die Fahrgastbewegung und verhindert eine Verletzung der Fahrgäste. Die aufblasbaren Hüllen 12 sind nachgiebig, jedoch von ausreichender Festigkeit, so daß diese nicht reissen, wenn ein Fahrzeugfahrgast in Kontakt mit der Hülle bewegt wird. Die Wirksamkeit von aufgeblasenen Hüllen zur Herabsetzung der Heftigkeit der Verzögerung während eines Unfalls ist bekannt und finden diese ausgedehnte Anwendung beim Transport zerbrechlicher Fracht» Die Verwendung auf-

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blasbarer Hüllen, um die Verletzung von Personen in Personenkraftwagen auf ein Mindestmaß herabzusetzen bzw. zu verhindern, ist in mehreren Patenten offenbart, darunter in den USA-Patenten 2.834,606 und 2.850.291. Diese Patente zeigen das Hilfsmittel der Verwendung einer Hochdruck-Mediumquelle zum raschen Aufblasen der Hüllen nach dem Eintritt eines Unfalls. Die Zeit zum Aufblasen der Hüllen nach einem Unfall verändert sich mit dem Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit. Beispielsweise beginnt ein Fahrgast in einem Fahrzeug, das auf eine unbewegliche Barriere mit 48 km/h C30 mph) aufgeprallt ist, die Wirkungen des Unfalls erst nach etwa 50 Millisekunden (0,050 Sekunden) nach dem Eintritt des Aufpralls zu fühlen, während er bei einem Aufprall auf eine Barriere in einem ähnlbhen FAhrzeug mit 96 km/h (60 mph) die Wirkungen des Aufpralls in etwa 12 Millisekunden (0,012 Sekunden) nach dem Eintritt des Aufpralls zu fühlen beginnt. Eine 2 : 1 Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit ergibt eine 4 : 1 Verkürzung der Zeit zwischen dem Aufprall und dem Zeitpunkt, an welchem der Fahrzeugfahrgast die Wirkungen des Aufpralls zu fühlen beginnt. Die Wirkung eines Aufpralls ist das plötzliche Anhalten des Fahrzeugs, in dem sich der Fahrgast befindet ohne eine entsprechende Verringerung in der Geschwindigkeit des Fahrgastes· Der Fahrgast bewegt sich daher mit der früheren Geschwindigkeit des Fahrzeugs weiter, bis er auf ein Hindernis auftrifft. Diese Verzögerung des Fahrgastes durch ein Hindernis führt zu seiner Verletzung. Die aufgeblasene Hülle dient als weiches Hindernis im Weg der Fahrgastbewegung und zur allmählichen Verzögerung des Fahrgastes über eine Strecke. Die in den gegenwärtigen Fahrzeugen zur Verfügung stehende Strecke reicht aus, eine geregelte Verzögerung des Fahrgastes innerhalb menschlicher Toleranzen während der schwersten Unfälle zu regeln. Mit Rücksicht auf. die gegenwärtigen Zahl.η tödlicher Unfälle ' ;\d rnster Verletzungen, die durch Fahrsseugunfalle verursacht werden ipt es leicht

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verständlich, daß eine brauchbare Stoßdämpfungseinrichtung von grossem Nutzen und Wert ist. Stoßdämpfungseinrichtungen mit aufblasbarer Hülle unter Verwendung eines Hochdruckmediums zum Aufblasen der grösseren aufblasbaren Hülle wurden demonstriert und sind brauchbar. Es bestehen jedoch Probleme hinsichtlich der Handhabung und der Aufrechterhaltung des hohen Druckes in den Mediumbehältern wegen der Leckverluste und der Gefahr eines unkontrollierten Bruches des Behälters.

In Fig. 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11 und 12 sind Verfahren zum Aufblasen eines aufblasbaren Behälters innerhalb der zur Verfügung stehenden Zeit ohne Verwendung einer Hochdruck-Mediumquelle dargestellt.

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Die Stoßdämpfungseinrichtung bzw. Sicherheitseinrichtung mit einer aufblasbaren Hülle weist eine Quelle elektrischer Energie, beispielsweise eine Batterie 44 auf, welche mit einem Unfall-Sensor 16 elektrisch in Reihe geschaltet ist. Der Unfall-Sensor 16 kann von beliebiger geeigneter Art sein, beispielsweise eine Trägheits-Fühlvorrichtung. Die Aufgabe des Unfall-Sensors 16 ist, das Eintreten eines Unfalls festzustellen und einen elektrischen Stromkreis 18 zu erregen. Ferner ist in den elektrischen Stromkreis 18 eine Zündeinrichtung 24, beispielsweise ein Widerstandsdraht oder eine Funkenentladungsstrecke, geschaltet. Wenn durch den Unfall-Sensor 16 ein Unfall festgestellt wird, wird der elektrische Stromkreis 18 geschlossen und die von der Stromquelle 44 gelieferte elektrische Energie wird durch die Zündeinrichtung 24 in Wärmeenergie umgewandelt.

In Kontakt mit der Zündeinrichtung 24 befindet sich ein pyrotechnischer gaserzeugender Satz 22, beispielsweise Arcite 479, das von der Atlantic Research Corporation hergestellt wird, oder andere äquivalente Stoffe. Wenn ein

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Unfall wahrgenommen und der Stromkreis 18 erregt wird, verursacht die durch die Zündeinrichtung 2 U erzeugte Wärmeenergie, daß sich der gaserzeugende Satz 22 entzündet und durch Verbrennung verbraucht wird. Als Folge dieser Verbrennung entsteht ein grosses Volumen Nulldruck- oder Niederdruckgas. Der gaserzeugende Satz 22 ist durch einen Träger It gelagert, der eine freie Expansion des erzeugten Gases zuläßt und dabei der Gasströmung eine Richtung vom Träger If weg mitteilt.

Der gaserzeugende Satz 22 ist durch den Träger IU gelagert und wird durch diesen im wesentlichen geformt. Wie in Fig.U dargestellt, ist der Träger IU ein langgestrecktes Winkelprofil mit sich schneidenden Wänden 15 und 17. Der gaserzeugende Satz ist durch die sich schneidenden Wände 15, 17 gelagert und ist ebenfalls von einer langgestreckten Form, die sich quer zur Expansionsrichtung der Hülle erstreckt. Die Verwendung eines langgestreckten geformten gaserzeugenden Satzes ermöglicht, daß sich ein grosser Flächeninhalt des Satzes 22 in direkter Verbindung mit dem Inneren der Hülle 12 befindet. Ein grosser Flächeninhalt des gaserzeugenden Satzes 22 ergibt eine rasche und wirksame Verbrennung desselben zum Aufblasen der Hülle 12. Ausserdem ermöglicht ein grosser Flächeninhalt des gaserzeugenden Satzes 22 die Einsparung eines Diffusors, da, wenn der gaserzeugende Satz gezündet wird, dieser Gas über eine grosse Querschnittsfläche der Hülle 12 erzeugt· Wenn das Gas erzeugt wird, richten die Wände 15, 17, die sich quer zur Expansionsrichtung erstrecken, die Gasströmung, ohne daß die freie Expansion des Gases beeinträchtigt wird. Das Gas wird daher erzeugt und über den ganzen Längsschnittflächeninhalt der Hülle 12 von den Wänden 15, 17 des Trägers IU aus verteilt, um die Hülle gleichraässig aufzublasen« Dies stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, da die Notwendigkeit der Verwendung eines Diffusors vermieden und die Hülle 12 völlig gleichmässig ausgedehnt wird.

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Der Träger 14· ist an seinen beiden Enden an Endplatten 26 befestigt. Die Baugruppe bestehend aus der Zündeinrichtung 24, dem pyrotechnischen Satz 22, dem Träger 14 und den Endplatten 26 ist von einer aufblasbaren Hülle 12 umgeben, die normalerweise schlaff und gefaltet ist, wie in Fig. 4 gezeigt. An der vorangehend beschriebenen Baugruppe sind Anbauhal-"terungen 32 zum Anbringen der Baugruppe am Fahrzeug vorgesehen.

Die Anordnung des gaserzeugenden Satzes mit bezug auf das Innere der aufblasbaren Hülle 12 ist ausserordentlich wichtig. Wie erwähnt, beginnt bei einem direkten Aufprall bei 88 km/h (55 mph) ein Vordersitz-Fahrgast sich innerhalb Millisekunden oder weniger nach dem Eintritt des Unfalls zu bewegen* Für eine wirksame Stoßdämpfungseinrichtung bei Verwendung einer aufblasbaren Hülle muß diese vor Ablauf von 50 Millisekunden nach dem Eintritt eines Unfalls aufgeblasen werden. DAher ist die Zeit, die das Gas braucht, um das Innere der Hülle zu erreichen und diese aufzublasen, von kritischem Wert. Bei bekannten Stoßdämpfungseinrichtungen sind Mittel vorgesehen, durch welche das Gas in die Hülle von einer Stelle eintritt, die vom Inneren der Hülle entfernt angeordnet ist. Daher ist die Zeit, die das Gas braucht, das Innere der Hülle von einer Stelle aus zu erreichen, die von der Hülle entfernt ist, obwohl von der Grössenordnung von Millisekunden, von kritischem Wert, da der ganze Vorgang der Feststellung eines Unfalls, der Aktivierung der Stoßdämpfungseinrichtung, der Gaszufuhr zum Inneren der Hülle und des Aufblasens der Hülle weniger als 50 Millisekunden beanspruchen darf. Ausserdem muß, wenn der Unfall bei einer höheren Geschwindigkeit als 88 km/h (55 mph) stattfindet, der Vorgang in einer noch kürzeren Zeit ablaufen, um für die Stoßdämpfungseinrichtung wirksam zu sein. Die Anordnung des gaserzeugenden Satzes 22 innerhalb des Innenraums der Hülle 12, wie in Fig. 4 gezeigt, setzt die Zeit herab, die

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zum Aufblasen der Hülle 12 notwendig ist. Die Zeit, die für die Zufuhr des Gases zur Hülle erforderlich ist, ist ausgeschaltet, da das Gas im Inneren der Hülle 12 erzeugt wird und diesem nicht erst zugeführt zu werden braucht. Darüber hinaus wird durch die Anordnung des gaserzeugenden Satzes innerhalb der Hülle das Problem des Gasaustritts aus der Einrichtung bei seinem Weg aus dem Mediumbehälter zum Inneren der Hülle vermieden.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung des gaserzeugenden Satzes innerhalb der Hülle besteht darin, daß dieser gegenüber Fremdstoffen im wesentlichen abgedichtet ist, die eine schädliche Wirkung auf die Brennbarkeit des gaserzeugenden Satzes haben könnten. Beispielsweise könnte Wasser, wenn es den gaserzeugenden Satz erreichen kann, diesen gegebenenfalls unbrennbar machen oder es kann ein ständiges Ausgesetztsein zur Luft eine Verkürzung der Gebrauchsdauer des Satzes oder ein völliges Unbrauchbarwerden verursachen. Wenn jedoch der gaserzeugende Satz innerhalb der aufblasbaren Hülle eingeschlossen wird, ist der Satz gegen alle schädlichen Elemente, die für ihn nachteilig sein könnten, im wesentlichen abgedichtet.

Die Wirkungsweise der Sicherheitsvorrichtung dürfte sich aus dem Vorangehenden ergeben. Wenn der Unfall-Sensor 16 das Eintreten eines Unfalls feststellt, wird der Stromkreis 18 durch die elektrische Energiequelle HH erregt. Der elektrische Strom im Stromkreis 18 wird in Wärmeenergie durch eine Zündeinrichtung 24 umgewandelt, welche benachbart dem pyrotechnischen gaserzeugenden Satz 22 angeordnet ist. Die Wärmeenergie zündet den pyrotechnischen Satz 22 und das erzeugte Gas füllt die aufblasbare Hülle 12 auf einen bestimmten niedrigen Druck. Nach dem Aufblasen, welcher Zustand in Fig. 6 dargestellt ist, dient die aufblasbare Hülle 12 als nachgiebige Barr-iere für eine Fahrscu^fahrgastbewegung während eines Unfalls und verhindert Fahrgast i^'s

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dadurch, daß sie ein Mittel zur Verzögerung der Fahrgäste innerhalb menschlicher Toleranzen bildet.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Verwendung des gaserzeugenden Satzes 22 als Quelle des Gasvolumens, das zum Füllen der aufblasbaren Hülle 12 erforderlich ist. Es gibt verschiedene pyrotechnische Sätze, die eine ausreichende Menge Niederdruckgas zwischen 113 und 283 ltr (zwischen «t und 10 Kubikfuß) von 0 bis 0,35 atü (0 bis 5 psig) innerhalb der erforderlichen Zeit von 10 bis 50 Millisekunden oder weniger erzeugen. Ein typisches Beispiel eines zufriedenstellenden pyrotechnischen gaserzeugenden Satzes ist Arcite H79, ein Produkt der Atlantic Research Corporation.

In Fig.7 und 8 ist eine Abänderung der bevorzugten Ausführungsform dargestellt, bei der der Träger H 2 für den pyrotechnischen Satz die Querschnittsform eines modifizierten C hat, so daß eine grössere GasStrömungskontrolle erhalten wird, wenn der gaserzeugende Satz 22 verbrennt. Fig. 9 und 10 zeigen eine weitere Abänderung der bevorzugten Ausführungsform, bei welcher der Träger 38 für den pyrotechnischen Satz im Querschnitt die Form eines C hat, wobei die Öffnung 108 des C-förmigen Querschnitts zur Kontrolle der Gasströmung in die aufblasbare Hülle 12 verwendet wird. In Fig. 7, 8, 9 und 10 ist der Träger für den pyrotechnischen Satz ähnlich wie in Fig. H dargestellt mit bezug auf die aufblasbare Hülle 12, das Fahrzeug und die Stromquelle 4H angeordnet.

Da bei der erfindungsgemässen Gaserzeugung die Verbrennung eines gaserzeugenden Satzes verwendet wird, kann es erforderlich sein, daß der Träger für den pyrotechnischen Satz während der Gaserzeugung gekühlt wird, um die Verbrennungswärme teilweise zu absorbieren. Die durch die Verbrennung des gaserzeugenden Satzes erzeugte Wärme kann, wenn sie nicht unter Kontrolle ist, ein Versagen der Sicherheitseinrichtung

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verursachen. Die Wärme kann eine Entzündung der Hülle 12 verursachen oder zur Folge haben, daß diese spröde bzw. brüchig wird und daher in unerwünschter Weise reißt. In jedem dieser Fälle würde die Sicherheitseinrichtung unwirksam werden. Darüber hinaus könnte die erzeugte Wärme eine schädliche Wirkung auf den Insassen haben, wenn sie sich anhäufen kann. Es sind daher Mittel zum absorbieren der Verbrennungswärme bei den Ausführungsformen nach Fig. 11 und 12 dargestellt.

Die Notwendigkeit einer Kühlung hängt im wesentlichen von der Zusammensetzung des zum Bau der aufblasbaren Hülle verwendeten Materials und von der Verbrennungstemperatur des besonderen verwendeten gaserzeugenden Satzes ab.

In Fig. 11 wird der gaserzeugende Satz 22 von spiraligen Windungen 48 einer Thermosiphoneinrichtung getragen. Wenn der gaserzeugende Satz 22 abbrennt, wird die Flüssigkeit 54 in den Leitungen 46, 47 und 48 und in einem Behälter in an sich bekannter Weise in Umlauf gesetzt, und wird die Verbrennungswärme vom Bereich der Windungen 48 abgeleitet, um eine Beschädigung der aufblasbaren Hülle 12 durch Wärme zu verhindern. Natürlich kann eine ähnliche Ausführungsform vorgesehen werden, bei welcher der Umlauf der Kühlflüssigkeit 54 durch mehr konventionelle Mittel, beispielsweise durch eine Pumpe (nicht gezeigt) herbeigeführt wird.

In Fig. 12 ist der Träger 58 für den pyrotechnischen Satz mit einem Innenkanal 60 versehen, durch welchen eine Kühlflüssigkeit durch beliebige Mittel gepumpt werden kann, um die Ableitung der Verbrennungswärme vom Träger 58 herbeizuführen und eine Beschädigung der aufblasbaren Hülle durch das Entstehen einer ungewöhnlich grossen Wärmemenge zu verhindern.

Ein weiteres Mittel zur Absorption der durch die Verbrennung

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des pyrotechnischen gaserzeugenden Satzes erzeugten Wärme ist die Vermischung von flüssigkeitshaltigen Moduln mit dem gaserzeugenden Satz. Wenn der gaserzeugende Satz abbrennt, wird die Flüssigkeit in den Moduln verdampft,wodurch Wärme absorbiert wird. Dieses Verfahren zur Absorption überschüssiger Wärme ist wegen des Fehlens äusserer Verbindungen mit der Stoßdämpfungseinrichtung besonders wünschenswert. Solche flüssigkeitsgefüllten Moduln können mit den in Fig. 1-10 dargestellten Einrichtungen als alleiniges Mittel zur Absorption überschüssiger Wärme verwendet werden oder in Kombination mit einer weiteren Kühleinrichtung von der in Fig. 11 und 12 dargestellten Art. Die flüssigkeitsgefüllten Moduln können in ihrer Grosse von mikroskopisch kleinen Teilchen bis zu Moduln schwanken, die ein beträchtliches Einzelvolumen haben.

Der übersichtlicheren Darstellung halber ist der gaserzeugende Satz 22 in den Zeichnungen mit beträchtlicher Grosse dargestelt. In der Praxis kann jedoch der gaserzeugende Satz auch andere Gestaltungen haben. Ein Hauptmerkmal für die Verwendung eines gaserzeugenden Satzes zum Füllen einer Hülle mit dem erforderlichen Volumen in dem kurzen zur VErfügung stehenden Zeitraum ist die Abbrandgeschwindigkeit des Materials. Die Verwendung des gaserzeugenden Satzes in Form eines langgestreckten Streifens ergibt einen grossen Flächeninhalt des Satzes für die Verbrennung, wodurch das Erzielen einer hohen Abbrandgeschwindigkeit unterstützt wird. Es kann ferner zweckmässig sein, dem gaserzeugenden Satz einen Oxydationskatalysator einzuverleiben, um eine raschere Verbrennung zu erhalten.

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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 13 und 14 dargestellt. Bei ihr ist das gaserzeugende Material als eine Schicht 154 auf einem Teil der inneren Oberfläche der Hülle I50 angeordnet. Bei Verwendung eines gaserzeugenden Materials, das als Schicht auf einen inneren Teil der Oberfläche aufgebracht ist, entfallen einige mit der Verwendung eines Behälters für ein strömungsfähiges Medium, wie Gas, verbundene Probleme, nämlich das Problem der Unterbringung des voluminösen Gasbehälters in dem Fahrzeug, und das Problem der Aufbewahrung eines Gases unter hohem Druck. Darüberhinaus entfällt bei dieser Ausführungsform die Notwendigkeit, einen Diffusor vorzusehen, wie im folgenden näher erläutert wird.

Der Gaserzeuger besteht aus einer Schicht 154 gaserzeugenden MaterJäLs, die bei Betätigung äußerst schnell Gas für die Ausdehnung der Hülle I50 erzeugt. Die innere Wand der Hülle I50 ist mit einer Wärmeschutzschicht 153 versehen, beispielsweise aus Asbest o. dgl. Die äußeren Wände der Hülle I50 weisen ein Polster I5I auf, das auf ihnen angebracht ist und einen Teil des Inneren des Fahrzeugs bildet, das mit dieser Ausführungsform ausgerüstet ist. Die Wärmeschutzschicht I53 schützt die Hülle I50 vor übermäßiger Hitze bei Tätigkeit des Gaserzeugers.

Das gaserzeugende Material besteht aus einem brennbaren Material, das zur rapiden "^erzeugung entzündet wird. Mit dem Material ist ein .ander, beispielsweise ein Brückendraht oder Draht hohen Widerstands, wie Chromnicleldraht, verbunden, um es aufgrund eines Unfalls zu zünden. Dabei wird dann von einem Unfallsensor ein Strom durch den Draht geschickt, um diesen aufzuheizen und das gaserzeugende Material zu zünden.

Obgleich eine Wärmeschutzschicht 153 vorgesehen ist, ist klar, daß der Gaserzeuger auch direkt *n der Hülle I50

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anliegen könnte, sofern die Hülle aus Blech oder anderen Materialien besteht, deren flexible Eigenschaften gegen Hitze im wesentlichen unempfindlich sind. Das Blech würde durch die hohe Brenntemperatur des Gaserzeugers nicht angegriffen werden.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Gaserzeuger aus einem gaserzeugenden Material, mit dem ein innerer Teil der Hülle I50 beschichtet ist. Zweckmäßig ist dabei diese Schicht auf die Wärmeschutzschicht I53 aufgebracht, die ihrerseits an den inneren Wänden der Hülle 150 angeordnet ist. Da die Schicht über eine erhebliche Fläche verteilt ist, entfällt die Notwendigkeit eines Diffusors. Anstatt daß das Gas durch eine öffnung geringen Durchmessers in die Hülle eintritt, wird es über einen großen Teil der Innenfläche der Hülle I50 erzeugt. Die Schicht 154 gaserzeugenden Materials wird bei Eintritt eines Unfalls gezündet. Bei Zündung brennt dann das gaserzeugende Material rapide ab, erzeugt Gas und dehnt die Hülle 150 aus.

Da das gaserzeugende Material über einen großen Teil der Hülle verteilt angeordnet ist, verläuft darüberhinaus die Verbrennung mit einer beachtlich größeren Geschwindigkeit, als wenn das Material in einer kleineren Fläche komprimiert wäre. Deshalb wird die Hülle I50 dabei schneller aufgeblasen.

Gemäß einem weiteren, in Fig. I5 gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Gas zur Füllung der Hülle 214 auch in einem Druckbehälter 220 gespeichert sein, aus dem es durch eine Leitung 222 zu einem Diffusor 223 strömen kann, sobald ein Sprengsatz 221 eine Membran 224 in der Leitung 222 aufgebrochen hat. Der Sprengsatz 221 wird durch einen nicht gezeigten Unfallsensor gezündet.

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Die Leitung 222 ist mit einem zentral angeordneten Teil des ringförmigen Diffusors 223 verbunden. Die Längsachse der Leitung verläuft im wesentlichen koaxial zur Längsachse des Diffusors 223, so daß das Gas nach Zündung des Sprengsatzes 221 zentral in den Diffusor eintritt. Den zentralen Teil bzw. Nabenteil des Diffusors 223 umgibt eine ringförmige Wand mit einer Mehrzahl von Gasöffnungen 225. Diese Gasöffnungen 225 stehen mit dem Inneren 2I5 der Hülle 214 in Verbindung und lenken das Gas zwecks Ausdehnung der Hülle. Die Gasöffnungen 225 weisen im wesentlichen gleiche Querschnitte auf. Jede von ihnen ist einer anderen Gasöffnung diametral entgegengesetzt angeordnet. Dadurch wird eine Nullreaktion in dem Diffusor hervorgerufen durch den Gasdurchfluß, gewährleistet, d. h., die auf den Diffusor ausgeübten Kräfte heben sich gegenseitig auf.

Die Gasöffnungen 225 richten die Gasströmung radial zur Längsachse des Diffusors 223 und der Leitung 222. Während bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine gerade Anzahl von Gasöffnungen vorhanden ist und jeweils zwei Gasöffnungen zueinander diametral angeordnet sind, ist zu berücksichtigen, daß auch eine ungerade Anzahl von GasÖffnungen ein dynamisches Gleichgewicht beim Gasdurchfluß durch den Diffusor 223 gewährleistet, sofern die Gasöffnungen am Umfang in gleichem Abstand versetzt angeordnet sind. Da der im wesentlichen zylindrische Diffusor 223 koaxial zur Leitung 222 angeordnet ist, trifft der Gasstrahl aus der Leitung 222 senkrecht auf die innere Ringfläche des Diffusors. Die vom Gas auf den Diffusor ausgeübte Kraft ist entsprechend der Anordnung der Gasöffnungen 225 gleichmäßig über den Umfang des Diffusors verteilt. Deshalb heben sich die radialen Kraftvektoren, die auf den Diffusor 223 wirken, gegenseitig auf, wie bereits oben angedeutet, und ergeben die Summe Null. Dementsprechend heben sich auch die von dem Durchfluß durch den Diffusor

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22^5 hervorgerufenen Reaktionskräfte gegenseitig auf. Auf diese Weise werden die Kräfte minimiert, die den Diffusor 223 aus seiner Halterung reißen und die Sicherheit der Insassen gefährden könnten, und der Diffusor ist im wesentlichen frei von Bewegungen und Vibrationen, während Gas durchströmt.

Patentansprüche:

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Claims

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Patentansprüche

1.1 Sicherheitseinrichtung zur Herabsetzung der Verletzungsgefahr von Fahrzeuginsassen bei einem Unfall auf ein Mindestmaß, mit einer Hülle, die einen zusammengelegten Ruhezustand und einen aufgeblähten Betriebszustand zur Beschränkung der Bewegung des Insassen bei einem Unfall haben kann, und einer Einrichtung zum Aufblähen der Hülle, um diese in den Betriebszustand zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllenaufbläh- bzw. Aufblaseinrichtung einen gaserzeugenden Satz (22}) aufweist, der mit der aufblähbaren bzw. aufblasbaren Hülle (12) in Verbindung steht, und eine Auslösevorrichtung (16, 2H, H*O zum Auslösen des gaserzeugenden Satzes vorgesehen ist, um die Gaserzeugung beim Eintreten eines Unfalls zum Aufblasen der Hülle einzuleiten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gaserzeugende Satz (22) innerhalb der aufblasbaren Hülle (12) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gaserzeugende Satz (22) bei seiner Zündung Gas erzeugt und die Auslöseeinrichtung (16, 24, H4) den gaserzeugenden Satz zündet.

U. Einrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß der gaserzeugende Satz (22) innerhalb der Hülle (12) in langgestreckter Form angeordnet ist und sich im wesentlichen quer zur Expansionsrichtung der aufblasbaren Hülle erstreckt.

5. Einrichtung nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit dem gaserzeugenden Satz (22) eine Kühleinrichtung (48 oder 60) zur Absorption der Wärme aus der Verbrennung des Satzes (22) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (48 oder 60) einen unbrennbaren hohlen Träger aufweist, der den gaserzeugenden Satz innerhalb des Innenraums in der aufblasbaren Hülle lagert.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung durch flüssigkeitshaltige Moduln gebildet wird, die in dem ganzen gaserzeugenden Satz verstreut sind·.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung Kühlschlangen (48) aufweist, welche den gaserzeugenden Satz umgeben.

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9. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gaserzeugende Satz eine Schicht (154) gaserzeugenden Materials umfaßt, die auf einem Teil der inneren Oberfläche der Hülle (15.0) angeordnet ist.

10. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hülle (150) und der Schicht gaserzeugenden Materials eine Wärmeschutzschicht vorgesehen ist.

11. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das gaserzeugende Material Gas zum Aufblähen der Hülle (I50) in den Betriebszustand in einem Zeitintervall zwischen dem Beginn des Unfalls und der aus ihm resultierenden Bewegung des Insassen relativ zum Fahrzeug erzeugt.

12. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich der erwähnte Teil der inneren Oberfläche bei Ausdehnung der Hülle (I50) in,eine Betriebsstellung bewegt.

1^· Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen gasgefüllten Druckbehälter (220), der mit einem in der Hülle (214) angeordneten Diffusor (223) verbunden ist.

14. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1J, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (22^) ein solcher mit Nullreaktion ist, der eine Mehrzahl von Gasöffnungen (225) aufweist, die so angeordnet sind, daß die Kraftvektoren der Reaktion der Gasströmung aus dem Diffusor näherungsweise Null ergeben.

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15· Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,· daß die Gasöffnungen (225) im wesentlichen gleichen Querschnitt aufweisen und in gleichen Abständen am Umfang des Diffusors (223) versetzt angeordnet sind.

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