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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
einer Fahrzeug-Sicherheitsvorrichtung.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im spezielleren Sicherheitsvorrichtungen
des in dem US-Patent Nr. 5 322 322 beschriebenen Typs. Dieses Patent
offenbart eine Sicherheitsvorrichtung zum Einpassen in ein Fahrzeugseitenfester,
die sich im aufgeblasenen Zustand über das Fenster spannt, um
dadurch zu verhindern, daß der
Insasse bei einem Unfall durch das Fenster geschleudert wird. Die
beschriebene Vorrichtung besitzt ein aufblasbares Element in Form
eines geflochtenen Schlauchs, der an voneinander beabstandeten Stellen
auf gegenüberliegenden
Seiten des Fahrzeugfensters angebracht ist und normalerweise unsichtbar
in dem Fensterrahmen angeordnet ist.
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Beim
Feststellen eines Seitenaufpralls wird der geflochtene Schlauch
aufgeblasen, so daß sein Durchmesser
zunimmt und seine Länge
abnimmt. Infolgedessen spannt sich der Schlauch zwischen seinen
Montagepunkten, wobei diese derart angeordnet sind, daß sich der
aufgeblasene Schlauch in einem halbstarren Zustand straff über das
Fenster spannt, um den Insassen in der beschriebenen Weise zu schützen.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf das aufblasbare Element gerichtet,
das bei solchen Vorrichtungen verwendet wird, wie diese in dem US-Patent Nr.
5 322 322 beschrieben sind. Obwohl der primäre Verwendungszweck für solche
Elemente in Fahrzeug-Sicherheitsvorrichtungen
besteht, und zwar insbesondere für
den Seitenaufprallschutz, besteht keine Absicht, die aufblasbaren
Elemente der vorliegenden Erfindung auf eine derartige Verwendung einzuschränken.
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Allgemein
ausgedrückt,
es besitzen solche aufblasbaren Elemente eine schlauchförmige Konstruktion
aus Garn sowie eine Einrichtung zum Aufblasen der schlauchförmigen Konstruktion
derart, daß diese
gleichzeitig in ihrem Durchmesser zunimmt und in ihrer Länge abnimmt.
Die Abnahme in der Länge
ist begrenzt, so daß eine
Spannung oder Belastung entsteht, die das Element im einmal aufgeblasenen
Zustand halbstarr macht.
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Die
Aufblaseinrichtung kann eine Bahn aus flexiblem Material aufweisen,
die durch Tränken
der schlauchförmigen
Konstruktion mit Harz gebildet ist. Alternativ hierzu kann ein separater
undurchlässiger Beutel
oder eine separate undurchlässige
Blase zu dem gleichen Zweck in die schlauchförmige Konstruktion eingesetzt
werden.
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Ein
Problem bei den in dem US-Patent beschriebenen geflochtenen Schläuchen besteht
darin, daß diese
effektiv auf Einzelschlauchsysteme begrenzt sind, da es noch nicht
möglich
ist, einen Doppel- oder Dreifachschlauch zu flechten oder integrale Stege
zu bilden, die an dem Schlauch angebracht sind.
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Eine
weitere Schwierigkeit besteht darin, daß es nicht möglich ist,
einzelne Öffnungen
in dem Schlauch in einer anderen Weise zu bilden als durch zwangsweises
Bilden eines Lochs zwischen den Fäden des Geflechts. Solche Öffnungen
können
beispielsweise notwendig sein, um das Einsetzen einer Blase zu ermöglichen,
wenn die Enden des Schlauchs verschlossen sind, oder um ein Herausführen eines
Blasenfestlegestreifens aus dem Schlauch heraus zu ermöglichen,
um eine Bewegung von diesem zu verhindern oder diesen in einer festen Position
zu halten.
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Im
allgemeinen ist die Geflechtstruktur sehr locker, und es können leicht
beträchtliche Öffnungen gebildet
werden, und zwar entweder unbeabsichtigterweise oder gezielt, indem
die Fäden
etwas voneinander beabstandet gearbeitet werden. Dies kann wiederum
zu Problemen mit der Blase führen,
die in der Art einer Beule durch das Geflecht hindurchragen kann.
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Derartige
Schwierigkeiten lassen sich überwinden,
indem das aufblasbare Element durch einen Wirkvorgang hergestellt
wird.
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Das
GB-Patent Nr. 2 33 9557 beschreibt ein aufblasbares Element für Seitenaufprallschutzvorrichtungen,
das eine gewirkte schlauchförmige
Konstruktion mit einem Rautenwirkmuster aufweist, das die in dem
US-Patent Nr. 5 322 322 beschriebene Geflechtkonstruktion zu imitieren
versucht. Es ist jedoch nicht klar, wie eine derartige Konstruktion
beim Aufblasen eine Belastung erzeugt, so daß ein halbstarres Konstruktionselement
entsteht, wie dies zum Bilden einer wirksamen Barriere über das
Fenster bei einem Aufprall erforderlich ist.
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Die
EP-A-0 965 670 beschreibt ein Wirkmaterial, das für die Herstellung
eines aufblasbaren Sicherheitsgurtes gedacht ist. Der Gurt weist
einen aufblasbaren Bereich auf, der aus Wirkmaterial gebildet ist,
das einen aufblasbaren Gurt umschließt. Bei einer Kollision wird
der Gurt an beiden Enden fixiert – und zwar in einer Schnalleneinheit
an dem einen Ende sowie an der Sicherheitsgurt-Straffungseinrichtung
an dem anderen Ende – sowie
aufgeblasen. Bei dem verwendeten Material handelt es sich um eine herkömmliche
Konstruktion, bei der zusätzliche
Fäden in
Längsrichtung
vorgesehen sind, um die Expansion des Sicherheitsgurtes in Längsrichtung
zu steuern.
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Die
US-A-4 994 225 beschreibt einen herkömmlichen Front-Airbag, der
hergestellt wird durch Aufbringen eines synthetischen Wirkmaterials über einer
aufblasbaren Form sowie durch anschließendes Aufblasen der Form zum
Spannen des Materials in einer derartigen Weise, daß es die äußere Formgebung
der Form annimmt. Sobald die Form gedehnt worden ist, wird eine
elastomere Beschichtung auf das gedehnte Material aufgebracht, und
die Konstruktion wird erwärmt,
in erster Linie zum Aushärten der
Beschichtung, jedoch auch zum Entlasten sowie zum Wärme-Fixieren
des Materials. Eine Entlastung ist in diesem Fall wichtig, um dem
Material die maximale Dehnung während
des Aufblasvorgangs zu ermöglichen.
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Die
vorliegende Erfindung will ein aufblasbares Element schaffen, das
den Anforderungen einer Spannung erzeugenden schlauchförmigen Anordnung
entsprechend funktioniert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines aufblasbaren Spannschlauchs
angegeben, der beim Aufblasen eine Durchmesservergrößerung und
eine Längenreduzierung
erfährt
und der einen schlauchförmigen
Körper aus
Wirkmaterial sowie eine Einrichtung zum Aufblasen des schlauchförmigen Körpers aufweist,
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
es wird ein
Schlauch durch einen Wirkvorgang unter Verwendung von Synthetikgarn
gebildet, anschließend
wird der gewirkte Schlauch einer Spannungsbelastung ausgesetzt und
einer Fixierungsbearbeitung unterzogen, um die Festigkeit und die
Spannungserzeugungs-Leistungsfähigkeit
des gewirkten Schlauchs im aufgeblasenen Zustand zu verbessern, wobei
der Fixierungsvorgang eine Entlastungsphase beinhaltet;
wobei
die Spannungsbelastungs- und Fixierungsvorgänge, die somit als Hauptspannungsbelastungsvorgang
und Hauptfixierungsvorgang definiert sind, die Schritte des Erwärmens des
gewirkten Schlauchs beinhalten, während der Schlauch gleichzeitig
in Längsrichtung
unter Spannung gehalten wird;
wobei auf den Hauptfixierungsvorgang
die Entlastungsphase folgt, die die Schritte des Erwärmens des gewirkten
Schlauchs, der der Spannungsbelastung in Längsrichtung ausgesetzt wird,
umfaßt,
wobei die Erwärmung
jedoch auf eine niedrigere Temperatur und die Spannungsbelastung
auf eine niedrigere Spannung als bei dem Hauptspannungsbelastungsvorgang
und dem Hauptfixierungsvorgang erfolgen.
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Unter
dem Begriff Spannschlauch ist eine schlauchförmige Anordnung zu verstehen,
die beim Aufblasen eine Durchmesservergrößerung und eine Längenreduzierung
erfährt,
so daß beim
Festlegen bzw. Einspannen der Länge
der Schlauch eine Spannung oder eine Spannungsbelastung zwischen
den festgelegten bzw. eingespannten Enden erzeugt. Diese Spannung
oder Spannungsbelastung ist notwendig, damit der Schlauch bei seiner
Anwendung als Fahrzeug-Seitenaufprallschutzvorrichtung das erforderliche
halbstarre Konstruktionselement bilden kann.
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Ein
Spannschlauch, der einfach durch einen Wirkvorgang gebildet ist,
wie dies in der
GB 2 339 557 beschrieben
ist, erzeugt beim Aufblasen ein Spannungsausmaß zwischen seinen festgelegten Enden;
die Längenreduzierung
und die Lastentwicklung sind jedoch nicht von ausreichender Größe zum Gebrauch
bei kommerziellen Anwendungen.
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Zum
Erzeugen eines gewirkten Gebildes mit den zur Verwendung bei kommerziellen
Anwendungen erforderlichen Eigenschaften, wird der gewirkte Schlauch
gemäß der Erfindung
einer Spannungsbelastung und einer Fixierungsbearbeitung unterzogen, um
dadurch sicherzustellen, daß das
das gewirkte Gebilde bildende Fadenmaterial in einer geometrischen
Konfiguration fixiert werden, die für die Erzeugung von Spannungsbelastung
beim Aufblasen am besten geeignet ist. Ein bevorzugtes Wirkmuster
ist 2:1 Tricot und 1:1 Tricot; jedoch könnten zum Erzeugen eines ähnlichen
Effekts auch andere Wirkmuster verwendet werden.
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Das
zum Herstellen des Schlauchs verwendete Material ist Kunstfasergarn,
beispielsweise Polyester, wobei dieses vorzugsweise vom Multifilament-Typ
ist. Jedoch können
auch Garne aus anderen Synthetikmaterialien verwendet werden, vorausgesetzt
daß die
Wärmefixierungsbedingungen
in geeigneter Weise variiert werden. Beispiele hierfür sind Nylon,
Polypropylen, Viskose und HMWHDPE.
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Ein
Spannschlauch, ob er nun geflochten oder gewirkt ist, wird aus einer
Vielzahl von Fäden gebildet,
die in derartiger Form vorliegen, daß bei der Durchmesservergrößerung des
Schlauchs beim Aufblasen sich der Winkel der Fäden innerhalb der Konstruktion
verändert.
Während
der Winkel relativ zu der Längsachse
des Schlauchs größer wird,
wird der Schlauch dann in seiner Länge kürzer. Wenn jedoch der Schlauch
an jedem Ende derart festgehalten ist, daß sich seine Länge nicht
vermindern kann, dann verursacht das Aufblasen zwangsweise ein Straffen des
Schlauchs, so daß eine
Spannung in dem Schlauch erzeugt wird, da sich der Schlauch nicht verkürzen kann,
wie er es gern möchte.
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Man
ist der Ansicht, daß die
winkelmäßige Veränderung
des Fadenmaterials zum Erzeugen von Spannungsbelastung am wirksamsten
ist, bis diese einen Winkel von ca. 45° erreichen.
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Die
Winkel der Fäden
eines typischen Beispiels eines gewirkten und fixierten Schlauchs
sind in 2 veranschaulicht, die derart
ausgerichtet sind, daß die
Längsachse
der Zeichnung parallel zu der Längsachse
des Schlauchs ist. Wie zu sehen ist, könnte der Ausgangswinkel bei
einer Maschenlänge von
6,62 mm etwa 10° betragen.
Die Distanz zwischen den Maschenreihen in der Maschinenrichtung beträgt ca. 6,5
mm; der Ausgangsumfang beträgt etwa
104 mm.
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Beim
Aufblasen wird der Umfang größer; während der
Umfang auf 385 mm erhöht
wird, erreicht der Winkel des Fadenmaterials nun ca. 43°, und die
Distanz zwischen den Maschenreihen hat sich auf ca. 4,9 mm verringert.
Da der Schlauch aus Synthetikgarnmaterialien hergestellt ist, die
einen Elastizitätsmodul
aufweisen, wird sich auch der Schlauch insgesamt bei zunehmendem
Durchmesser unter der genannten Spannungsbelastung dehnen.
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Bei
einem speziellen Ausführungsbeispiel der
Erfindung erfolgt das Wirken des Schlauchs auf einer Raschel-Doppelnadelbett-Wirkmaschine
unter Verwendung von Polyester-Multifilamentgarn mit 1100 DTEX.
Die verwendete Maschine hat die Größe 9, und das Wirken des Schlauchs
erfolgt unter Verwendung von 44 Nadeln an jedem Bett. Bei der Wirkmaterialkonstruktion
handelt es sich um 2:1 Tricot und 1:1 Tricot mit einer Maschenlänge von
6,75 mm.
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Als
nächstes
wird der gewirkte Schlauch einem Erwärmungs- und Fixierungsvorgang
unterzogen, indem er über
beheizte Rollen geführt
wird, während
er gleichzeitig in Längsrichtung
unter Spannungsbelastung gehalten wird. Der Fixierungsvorgang beinhaltet
eine Entlastungsphase, um für
ein geringes restliches Schrumpfen unter Wärme bei erhöhten Temperaturen zu sorgen.
Man läßt den Schlauch
abkühlen,
während
der Schlauch in Längsrichtung
unter Spannungsbelastung gehalten wird. Nach dem Abkühlen wird
die Spannungsbelastung aufgehoben.
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Wenn
der Schlauch die Wirkmaschine verläßt, hat er eine recht instabile
Struktur, die aus Reihen von lockeren Maschen besteht, deren Schenkel beträchtlich
gekrümmt
sind. Der anschließende
Fixierungsvorgang hat den Effekt, daß die Struktur verdichtet wird,
die Schenkel gerade gemacht werden und diese in erster Linie in
Maschinenrichtung – d.h. entlang
der Längsachse
des Schlauchs – ausgerichtet
werden. Der gewirkte Schlauch beinhaltet aufgrund der Art des Wirkvorgangs
ein beträchtliches Maß an Durchhängen in
dem System, und der Fixierungsvorgang ist zum Minimieren dieses
Durchhängens
von größter Bedeutung,
da er den Effekt hat, daß das
Fadenmaterial in der optimalen Richtung ausgerichtet wird.
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Der
fertige Schlauch wird auf eine Länge
geschnitten, die durch die spezielle Verwendung bestimmt wird, für die der
Schlauch gedacht ist. Für
die Anwendung bei einer Seitenaufprall-Fahrzeugsicherheitsvorrichtung
beispielsweise wird die Länge
aufgrund der Abmessungen des Fensters vorgeschrieben, in die sie
eingepaßt
werden soll. Typische Längen
für diesen
Zweck liegen im Bereich von 1300 mm bis 2000 mm. Das Schneiden des
Rohrs kann in verschiedenartiger Weise erfolgen, doch vorzugsweise werden
die durchtrennten Enden versiegelt, um ein Ausfransen zu verhindern.
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Zum
Beispiel kann ein beheiztes Messer sowohl zum Zerteilen des Schlauchs
in Längsstücke als auch
zum Versiegeln der durchtrennten Enden verwendet werden. Vorzugsweise
wird der Schlauch an mindestens einem Ende offen gelassen, um das
Einsetzen einer Blase zu ermöglichen.
Wenn jedoch beide Ende verschlossen bleiben, kann die Blase durch eine
oder mehrere Öffnungen
hindurch eingesetzt werden, die bei dem Wirkvorgang speziell für diesen Zweck
gebildet worden sind.
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Die
Temperatur, auf die der Schlauch während des Fixierungsvorgangs
erwärmt
wird, und die aufgebrachte Spannungsbelastung hängen von den verwendeten Materialien
sowie den letzten Endes erforderlichen Eigenschaften ab. Typischerweise
für Polyestergarne
können
die beheizten Rollen eine Temperatur von 230 °C aufweisen und der Schlauch bei
einer Spannungsbelastung von 100 kg gehalten werden.
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Während des
Fixierungsvorgangs werden die Einzelfäden bzw. die einzelnen Fadenmaterialbereiche
in dem gewirkten Schlauch in der Ausrichtung fixiert, die für den Schlauch
am besten geeignet ist, um in seiner Länge abzunehmen und, falls der Schlauch
festgelegt ist, beim Aufblasen eine Spannungsbelastung zu erzeugen.
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BEISPIEL
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Ein
Spannschlauch mit einer Länge
von 1710 mm, der mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt
ist, besaß einen
Ausgangsdurchmesser von 32 mm und war an seinen Enden bei einer
Fixierungs-Mittenbeabstandung von 1595 mm festgehalten. Eine in
den Schlauch integrierte aufblasbare Blase wurde dann auf einen
Druck von 2,2 bar und einen Durchmesser von 120 mm aufgeblasen.
Unter diesen Bedingungen wurde zwischen den festgelegten Enden des
Schlauchs eine Spannungsbelastung von 500 kg erzeugt.
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Ein
Merkmal des Wirkvorgangs besteht darin, daß mehrere Schläuche und
komplexe schlauchförmige
Gebilde gewirkt werden können,
die getrennte Öffnungen
und Bereiche für
das Aufblasen aufweisen. Ferner kann das schlauchförmige Gebilde
an bestimmten Bereichen durch Wirken verbunden werden, so daß ein einziges
Gebilde entsteht, wenn eine lokale Verstärkung oder Nahtbildung erforderlich
ist.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die aufgeblasene Formgebung des aufblasbaren
Elements durch selektives Vergrößern oder
Verkleinern der Maschenlänge
innerhalb des gewirkten Schlauchs variiert, so daß der effektive Durchmesser
des aufblasbaren Elements in dem Bereich, in dem die Maschenlänge variiert
worden ist, entweder größer wird
oder kleiner wird.
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Ferner
ist auch erkennbar, daß für eine bestimmte
Anzahl von Wirknadeln in einer bestimmten Struktur der effektive
Durchmesser durch Modifizieren der Maschenlänge in der vorstehend beschriebenen
Weise variiert werden kann und außerdem auch die Spannungserzeugungs-Leistungsfähigkeit
verändert
wird. Im allgemeinen führt
eine Vergrößerung der Maschenlänge zu einer
Vergrößerung des
effektiven Durchmessers sowie auch der Spannungserzeugungs-Leistungsfähigkeit
bei einem bestimmen Aufblasdruck.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung wird im folgenden eine Ausführungsform von dieser lediglich
als Beispiel unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben;
darin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung, die zum Ausführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist; und
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2 eine
schematische Darstellung zur Unterstützung der Erläuterung
der Variation des Garnmaterialwinkels beim Aufblasvorgang.
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Wie
unter Bezugnahme auf 1 ersichtlich, ist dort ein
Beispiel einer Wärme-Fixierungseinrichtung
zum Ausführen
des Fixierungsvorgangs an dem gewirkten Schlauch dargestellt. Es
sei angenommen, daß der
gewirkte Schlauch bereits in der vorstehend beschriebenen Weise
hergestellt ist und auf eine Rolle 1 aufgerollt ist; der
Prozeß könnte jedoch
auch in fortlaufender Weise erfolgen.
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Von
der Rolle 1 oder einem anderen Abgabemechanismus wird der
gewirkte Schlauch mit einer kontrollierten Vorspannung einem Satz
von 2 angetriebenen Rollen zugeführt,
die mit einer festen Geschwindigkeit laufen, die typischerweise
400 mm/min. beträgt.
Der Schlauch läuft
dann um eine Führungsrolle 3 und
anschließend über zwei
beheizte Rollen 4, die derart angeordnet sind, daß zuerst die
eine Oberfläche
und anschließend
die gegenüberliegende
Oberfläche
mit der beheizten Oberfläche einer
Rolle in Berührung
treten.
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Die
Rollen 4 weisen typischerweise eine Oberflächentemperatur
von ca. 230 °C
auf, jedoch ist dies von solchen Systemparametern, wie z.B. der Durchsatzgeschwindigkeit,
dem Rollendurchmesser, dem Berührungsbogen
usw. abhängig.
Bei dem derzeit verwendeten Garnmaterial (Polyester) könnten die
Gerätschaften
derart ausgebildet sein, daß der Schlauchkörper eine
Minimumtemperatur von 165 °C erreicht,
wobei dies jedoch je nach verwendetem Garnmaterial variiert.
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Als
nächstes
läuft der
gewirkte Schlauch über
die Rolle 5, die an einer Lastzelle (nicht gezeigt) angebracht
ist, und läuft
sodann weiter zu den angetriebenen Rollen 6. Die Geschwindigkeit
der Rollen 6 wird durch die an der Rolle 5 angebrachte
Lastzelle automatisch derart gesteuert, daß eine im wesentlichen konstante
Spannungsbelastung – typischerweise
100 kg – zwischen
den Rollen 3 und 5, d.h. während der Erwärmung, aufrechterhalten
wird. Nach der Passage über
die beheizten Rollen 4 und bei der Pas sage über die
Rollen 5 und 6 läßt man den Schlauch auf Umgebungstemperatur
abkühlen,
wobei er jedoch immer noch unter Spannungsbelastung steht. Schließlich wird
der nun wärmefixierte Schlauch
auf eine Rolle 7 gewickelt oder anderweitig verpackt.
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Der
Entlastungsschritt wird nach dem Fixierungsvorgang ausgeführt und
beinhaltet wiederum die Passage des Schlauchs über einen weiteren Satz von
beheizten Rollen bei einer reduzierten Temperatur, die typischerweise
um ca. 170 °C
beträgt,
sowie bei einer reduzierten Spannungsbelastung, die je nach den
erforderlichen Eigenschaften so gering wie 10 kg sein könnte. Dieser
Entlastungsvorgang erfordert, daß die endgültige Austrittsgeschwindigkeit
gering ist als die Austrittsgeschwindigkeit aus dem Fixierungsbereich.
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Während des
Fixierungsvorgangs geschieht eine Vielzahl von Dingen:
- – der
Schlauch wird aufgrund der Spannungsbelastung und der Wärme gedehnt;
- – der
Schlauch wird aufgrund der Geraderichtung der Schenkel der Maschen
sowie der Verriegelung der Maschen in der Maschinenrichtung in der Länge größer und
in der Breite kleiner;
- – der
Schlauch wird durch Wärmeschrumpfung des
Garnmaterials in der Länge
kleiner;
- – der
Schlauch nimmt aufgrund einer Normalisierung der Maschen innerhalb
der Schlauchkonstruktion in seiner Festigkeit zu, so daß die aufgebrachte
Last über
die Gesamtheit des die Konstruktion bildenden Garnmaterials gleichmäßiger verteilt
wird.
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In
dem Schlauch lassen sich in einfacher Weise Öffnungen bilden, indem einfach
das Garnmaterial in Form einer Öffnung
gewirkt wird. Der normale gewirkte Schlauch, der aus einer Vielzahl
von Reihen mit einer Vielzahl von Maschen gebildet ist, hat keinerlei
Löcher
von signifikanter Größe und läßt sich nicht
leicht zu signifikanten Öffnungen
bilden, es sei denn, das Garnmaterial wird durchtrennt. Hierbei handelt
es sich um wesentliche Vorteile gegenüber eines Geflechtschlauchs,
der in der eingangs geschilderten Weise leicht ausreichend große Öffnungen
bilden kann, so daß die
Blase nach außen
herausragen kann.