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Die
Erfindung betrifft eine Gassackeinrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Der
Einsatz von Frontgassäcken
ist in modernen Kraftfahrzeugen Standard. Solche Frontgassäcke sind
in der Regel im Lenkrad (Fahrer-Gassack) oder im Armaturenbrett
(Beifahrer-Gassack) angeordnet, und schützen den zugeordneten Insassen
im Falle eines Frontalaufpralls und eines seitlich versetzten Frontalaufpralls.
Insbesondere ein Beifahrer-Gassack kann hierbei aus wenigstens drei,
in der Regel aus Gewebe bestehenden Zuschnitten, nämlich aus
zwei Seitenzuschnitten und einem Mittelzuschnitt zusammengesetzt,
zumeist vernäht
sein. Ein solcher Beifahrer-Gassack ist beispielsweise in der gattungsbildenden
US 2001/0033072 A1 beschrieben.
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Ein
grundsätzliche
Forderung bei Frontgassäcken
ist, dass beim Eintauchen des Insassen eine zu große Belastung
des Nackens durch eine Überstreckung
des Kopfes vermieden werden sollte. Die US 2001/0033072 A1 schlägt hierzu
unter anderem vor, dass der Prallbereich des Gassacks – dieser
wird durch einen Teil des Mittelzuschnitts gebildet – zwei Niveaus
aufweist, wobei der Übergang
zwischen den beiden Niveaus sprungartig an einer Stufe erfolgen kann.
Der aus Sicht des Insassen gesehene Abschnitt mit dem höheren Niveau
ist hierbei dem Brustbereich zugeordnet und das tiefere Niveau – d.h. das Niveau,
das vom in Standardposition sitzenden Insassen den größeren Abstand
hat – ist
dem Kopf zugeordnet. Hierdurch soll erreicht werden, dass zunächst nur
der Brustbereich des Insassen in den Gassack eintaucht und der Aufprall
des Kopfes erst zu einem späteren
Zeitpunkt erfolgt, an dem schon eine gewisse Abbremsung des Insassen
in Bezug auf das Kraftfahrzeug stattgefunden hat.
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Es
hat sich herausgestellt, dass diese Lösung insbesondere bei nicht
angeschnalltem Insassen häufig
nicht zu einem befriedigenden Ergebnis führt.
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Hiervon
ausgehend stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine
gattungsgemäße Gassackeinrichtung
dahingehend weiterzubilden, dass ein verbesserter Schutz des Insassen
erreicht wird, insbesondere dass eine Überstreckung des Kopfes vermieden
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Gassackeinrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Der
erfindungsgemäßen Lösung liegt
folgende Überlegung
zugrunde: Die Kraft, die auf einen in den Gassack eintauchenden
Körper
einwirkt, setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, nämlich aus einem
Anteil, der aus dem im Gassack herrschenden Überdruck resultiert und einem
Anteil, der aus der im Gassackgewebe herrschenden Zugspannung resultiert.
Der erste Anteil steigt linear mit der Projektionsfläche des
eintauchenden Körperteils,
während
der zweite Anteil unabhängig
von der Projektionsfläche ist,
oder sogar mit sinkender Projektionsfläche ansteigt. Nimmt man nun
näherungsweise
an, dass das Flächengewicht
des Kopfes und das Flächengewicht des
Oberkörpers
in etwa gleich groß sind,
und zieht weiterhin in Betracht, dass die Projektionsfläche des Oberkörpers wesentlich
größer als
diejenige des Kopfes ist, so ergibt sich, dass bei homogener Zugspannung
innerhalb der Prallfläche
des Gassacks die Kraft pro Masseneinheit, also die – hier negative – Beschleunigung,
im Kopfbereich wesentlich größer als
im Brustbereich ist. Hierdurch ergibt sich die Überstreckung des Nackens nach
hinten, welche vermieden werden soll.
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Bei
der erfindungsgemäßen Gassackeinrichtung
sind deshalb Maßnahmen
getroffen, welche dazu führen,
dass die Zugspannung im Prallbereich des Frontgassacks nicht homogen
ist, sondern in dem Bereich, der dem Kopf des Insassen zugeordnet ist,
abnimmt. Der Frontgassack besteht aus wenigstens drei Zuschnitten,
nämlich
zwei Seitenzuschnitten und einem Mittelzuschnitt, welcher mit den
Seitenzuschnitten verbunden ist und den Prallbereich aufweist. Die
beiden Seitenzuschnitte weisen jeweils eine erste Stufe derart auf,
dass bei expandiertem Frontgassack der Mittelzuschnitt an dieser
ersten Stufe sprungartig von einem ersten Niveau auf ein zweites
Niveau abfällt,
wobei sich diese erste Stufe über
die gesamte Breite des Frontgassacks erstreckt. Hierbei ist der
Abschnitt des Prallbereichs, welcher den Kopf des Insassen auffängt – der Kopfabschnitt – dem ersten
Niveau zugeordnet. An der ersten Stufe kann vom zweiten (niedrigeren)
Niveau auf das erste (höhere)
Niveau nur eine relativ geringe oder überhaupt keine Zugspannung übertragen
werden, so dass der gewünschte
Effekt eintitt.
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An
die erste Stufe kann sich eine zweite Stufe anschließen, an
der der Mittelzuschnitt wieder auf das erste Niveau ansteigt. Erste
und zweite Stufe können
unmittelbar aneinander anschließen,
so dass sich lediglich ein Schlitz in den Seitenzuschnitten und eine
Spalte im Mittelzuschnitt ergibt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den nun mit
Bezug auf die Figuren näher
dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Gassackeinrichtung
wird mit Blick auf die nun anhand der Zeichnungen erläuterten
Ausführungsbeispiele deutlich.
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Es
zeigen:
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1 Die
drei Zuschnitte eines Frontgassacks,
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2 einen
Frontgassack, welcher aus den in der 1 dargestellten
Zuschnitten besteht, in einem eingebauten, expandierten Zustand
und einen Insassen zu einem frühen
Unfallzeitpunkt in einem Längsschnitt,
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3 das
in 2 Gezeigte zu einem späteren Zeitpunkt,
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4 einen
gewöhnlichen
Beifahrer-Gassack zu einem der 3 entsprechenden
Zeitpunkt,
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5 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines Frontgassacks in einer der 2 entsprechenden Darstellung,
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6 ein
drittes Ausführungsbeispiel
eines Frontgassacks in einer der 2 entsprechenden Darstellung,
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7 ein
viertes Ausführungsbeispiel
eines Frontgassacks in einer perspektivischen Darstellung,
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8 ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
eines Frontgassacks in einer perspektivischen Darstellung,
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9 ein
sechstes Ausführungsbeispiel
eines Frontgassacks in einer der 2 entsprechenden
Darstellung und
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10 ein
siebtes Ausführungsbeispiel
eines Frontgassacks in einer der 2 entsprechenden
Darstellung.
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Die 1 zeigt
die drei Zuschnitte einer Hülle
eines Frontgassacks. Die Hülle 12 wird
aus den beiden Seitenzuschnitten 14 und dem Mittelzuschnitt 16 zusammengenäht, wobei
der Mittelzuschnitt 16 entlang der Ränder 14' der Seitenzuschnitte 14 mit diesen
vernäht
wird. Neben dem Vernähen
sind grundsätzlich
auch andere Techniken wie Verkleben oder Verschweißen denkbar.
Der Mittelzuschnitt 16 weist eine Öffnung 16a für einen
Gasgenerator 40 auf.
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Die
beiden Seitenzuschnitte 14 sind spiegelsymmetrisch zueinander
ausgebildet und weisen jeweils zwei Schlitze 15 auf, so
dass der Rand 14' im Bereich
der Schlitze 15 starke Richtungsänderungen durchführt. Da
der Mittelzuschnitt 16 entlang der Ränder 14' mit den Seitenzuschnitten 14 verbunden ist,
weist, wie man sich leicht vorstellen kann, die vollständige Hülle 12 des
Frontgassacks in ihrem vollständig
expandierten Zustand im Bereich der Schlitze 15 Spalten
auf, die sich über
die gesamte Breite des Mittelzuschnitts 16 erstrecken.
Durch die Schlitze werden jeweils erste Stufen 20 und zweite
Stufen 22 definiert, an denen sich das Niveau des Mittelszuschnitts
bei vollständig
expandiertem Frontgassack sprungartig ändert.
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2 zeigt
schematisch einen Längsschnitt durch
den aus den Zuschnitten der 1 gefertigten, in
einem Armaturenbrett (A) eines Kraftfahrzeugs montierten Frontgassack,
wobei dessen Hülle 12 vollständig expandiert
ist und bei einem Frontalzusammenstoß schon eine gewisse Vorverlagerung des
Insassen 1 erfolgt ist. Der Prallbereich 17 der Gassackhülle 12,
welcher ein Teil des Mittelzuschnitts 16 ist, weist einen
Kopfabschnitt 16a und einen Brust- und Abdomenabschnitt 16b auf.
Als Kopfabschnitt 16a wird hierbei derjenige Abschnitt
definiert, auf den der Kopf eines Standard-Insassen, der sich zu
Beginn des Unfalls in einer Standard-Sitzposition befindet, auftrifft. Der
Kopfabschnitt 16a befindet sich stets zwischen dem Brust-
und Abdomenabschnitt 16b und einem oberen Abschnitt 16c,
welcher bei vollständig
expandierter Gassackhülle
in der Regel an der Windschutzscheibe W des Kraftfahrzeugs anliegt.
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Der
Kopfabschnitt 16a ist vom Brust- und Abdomenabschnitt 16b und
vom oberen Abschnitt 16c durch zwei Spalten 15a abgetrennt,
die sich durch die Schlitze 15, wie oben beschrieben, ergeben.
Durch diese Schlitze 15 bzw. Spalten 15a entstehen
jeweils zwei erste Stufen 20 (s. hierzu auch 1),
an denen das Niveau des Mittelzuschnittes sprunghaft von einem ersten
Niveau 24 auf ein zweites Niveau 26 abfällt. An
die beiden ersten Stufen 20 schließt sich jeweils unmittelbar
eine zweite Stufe 22 an, an denen der Mittelzuschnitt wieder
auf das erste Niveau ansteigt. Aufgrund der ersten Stufen 20 kann
vom Brust- und Abdomenabschnitt 16b und vom oberen Abschnitt 16c gar
keine oder nur eine geringe Zugspannung in das Gewebe des Kopfabschnittes 16a übertragen
werden.
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Hierdurch "spürt" der auftreffende
Kopf nur den Innendruck des Gassacks und kann, wie dies in 3 gezeigt
ist, entsprechend tief in die Hülle 12 des
Frontgassackes eindringen. Man kann anhand der 3 sehr
schön sehen,
dass die Spalten 15a eine Einleitung von Zugspannungen
vom Brust- und Abdomenabschnitt 16b und vom oberen Abschnitt 16c in
den Kopfabschnitt 16a auch nach Eintauchen des Kopfes verhindern.
Die Spalten 15a dienen somit als Zugspannungsentkoppler
zwischen den drei Abschnitten. Eine Überstreckung des Nackens ist
hierdurch auch dann ausgeschlossen oder sehr gering, wenn der Insasse
nicht angeschnallt ist, und sich dessen Oberkörper stark in den Gassack hinein
bewegt. Zur Konturierung der Gassackhülle 12, insbesondere
des Kopfabschnitts 16a können Fangbänder 35 vorgesehen
sein.
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In 4 ist
die Situation bei einem dem Stand der Technik entsprechenden Frontgassack dargestellt.
Der Kopfabschnitt 16a ist hier für den auftreffenden Kopf wesentlich
härter,
und er kann nicht so tief in den Gassack eindringen. Bewegt sich
hier der Oberkörper
des Insassen noch weiter nach vorne, kommt es zur Überstreckung
des Nackens nach hinten, da der Kopf im gewissermaßen auf
der Prallfläche
liegen bleibt. Dies soll verhindert werden.
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Wie
in 5 gezeigt, können
die Schlitze 15 unterschiedlich tief ausgebildet sein,
je nach spezieller Ausbildung kann eine sehr genaue Abstimmung des
Verhaltens des Frontgassackes erreicht werden.
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Wie
in 6 gezeigt, ist es auch möglich, nur einen Schlitz bzw.
Spalte vorzusehen, wobei im in 6 gezeigten
Ausführungsbeispiel
die Spalte den Kopfbereich 16a vom Brust- und Abdomenbereich 16b trennt.
Hier kann vom oberen Abschnitt 16c weiterhin Zugspannung
auf das Gewebe des Kopfabschnittes 16a übertragen werden, so dass die
Kraft, welche auf den eindringenden Kopf wirkt, hier etwas größer als
im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist.
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Um
eine gute Konturierung der expandierten Hülle 12 des Frontgassacks
zu erreichen, können
neben Fangbändern 35,
wie sie in 2 dargestellt sind, auch Gewebeelemente 30 vorgesehen
sein, wie dies in 7 dargestellt ist. In 7 ist
gezeigt, dass Gewebeelemente 30 an den Seitenzuschnitten 14 angeordnet
sind, und die beiden Schlitze 15 zumindest in einer gewissen
Breite überdecken,
wobei die Gewebeelemente 30 nur an ihren Enden über die Nähte mit
den Befestigungsnähten 34 mit
den Seitenzuschnitten 34 verbunden sind. Hierdurch wird
der Gassack im expandierten Zustand konturiert, ohne dass der oben
beschriebene Effekt reduziert wird. Durch Gewebeelemente 30,
wie sie in 7 dargestellt ist, wird insbesondere
erreicht, dass die Spalten währen
der Expansion geschlossen bleiben.
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Um
die Spalten während
der Expansion oder auch im vollständig expandierten Zustand möglichst geschlossen
zu halten, können
auch, wie in 8 dargestellt, Nähte 32 vorgesehen
sein, welche die Flanken der Schlitze 15 in einem oberen Bereich
miteinander verbinden. Diese Nähte 32 können auch
als Opfernähte
ausgebildet sein, die spätestens
bei Auftreffen des Insassen und der daraus resultierenden Verformung
der Gassackhülle 12 reißen.
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Das
in 9 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, dass
zum Erreichen des erfindungsgemäßen Erfolges
es lediglich notwendig ist, dass das erste Niveau 24 des
Kopfabschnittes 16a des Prallbereiches 17 an einer
ersten Stufe 20 sprungartig auf ein zweites Niveau 26 abfällt. Auf
den weiteren Verlauf dieses zweiten Niveaus 26 kommt es
nicht an, insbesondere ist es, wie in 10 gezeigt,
auch möglich, dass
das zweite Niveau 26 nicht mehr ansteigt. Wichtig ist jeweils
die erste Stufe 20, die eine Übertragung von Zugspannung
auf den Kopfabschnitt 16a verhindert oder stark dämpft. Die
erste Stufe ist ein in eine Richtung wirkender Zugspannungsentkoppler,
nämlich
dahingehend, dass eine Übertragung
von Zugspannung vom Kopfabschnitt 16a auf den oberen Abschnitt 16c möglich ist,
die Übertragung
von Zugspannung vom oberen Abschnitt 16c auf den Kopfabschnitt 16a hingegen
nicht.
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- 10
- Frontgassack
- 12
- Hülle
- 14
- Seitenzuschnitt
- 14'
- Rand
- 15
- Schlitz
- 15a
- Spalte
- 16
- Mittelzuschnitt
- 16a
- Kopfgabschnitt
- 16b
- Brust-
und Abdomenabschnitt
- 16c
- oberer
Abschnitt
- 17
- Prallbereich
- 16a
- Kopfabschnitt
- 20
- erste
Stufe
- 22
- zweite
Stufe
- 24
- erstes
Niveau
- 26
- zweites
Niveau
- 30
- Gewebeelement
- 32
- Naht
- 34
- Befestigungsnaht
- 35
- Fangband
- 40
- Gasgenerator
- A
- Armaturenbrett
- I
- Insasse
- W
- Windschutzscheibe