DE2046265A1 - Aufblasbare Sicherheitsvorrichtung und Verfahren zum Aufblasen derselben - Google Patents

Description

Aufblasbare Sicherheitsvorrichtung und Verfahren zürn Aufblasen derselben

Priorität: 18. September 1969 / V.St.A. Anmelde-Nr.: 858 978

Die Erfindung bezieht sich auf eine aufblasbare Sicherheitsvorrichtung, insbesondere eine Sicherheitsvorrichtung mit einem aufblasbaren Sack, sowie auf ein Verfahren zum Aufblasen desselben.

In letzter Zeit ist der Verbesserung der Sicherheit von Personenfahrzeugen große Aufmerksamkeit zugewandt worden. Abgesehen von einer Erhöhung der Sicherheit des Fahrzeugs.*· selbst ist besonders die Entwicklung von Sicherheitsvorrichtungen vorangetrieben worden, die auf den Aufprall eines Fahrzeugs bei einem Unfall automatisch ansprechen und ein System auslösen, welches die Insassen des Fahrzeugs vor einer

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Verletzung durch den Aufprall schützt. Eine bekannte Sicherheitsanordnung dieser Art umfaßt einen aufblasbaren Behälter, beispielsweise einen Sack, der in Abhängigkeit von einem vorherbestimmten Zustand des Fahrzeugs beispielsweise von einem Aufprall oder Überschlagen selbsttätig aufgeblasen wird, um zu verhindern, daß die Insassen des Fahrzeugs mit dem Inneren desselben in Berührung geraten.

Bei einer Sackaufblasvorrichtung spielen verschiedene Paktoren eine wichtige Rolle. Von äußerst entscheidender Bedeutung ist die Zeitspanne, innerhalb der der Sack aufgeblasen werden muß. Zwischen dem Moment, in dem der vorherbestimmte Zustand mittels einer entsprechenden Fühlvorrichtung erfaßt wird, bis zu dem Moment, in dem der Sack aufgeblasen sein muß, liegt nur eine in Millisekunden gemessene Zeitspanne. Die Forschung auf diesem Gebiet richtet sich also unter anderem auf eine Sicherheitsvorrichtung, bei der der Behälter rasch aufblasbar ist. Eine bekannte Sicherheitsvorrichtung sieht die Verwendung eines Speicherbehälters für ein Druckmittel, beispielsweise komprimierte Luft. vor und umfaßt einen Sprengstoffzünder. Die Schockwelle vom Zünder zerbricht den Behälter, so daß das Druckmittel in den Sack entweichen und diesen aufblasen kann. Diese bekannte Anordnung erfordert jedoch einen großen Speicher und ist verhältnismäßig voluminös, d.h. es wird viel Platz im Fahrzeug für das Speichern benötigt.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung der erwähnten Art mit aufblasbarem Sack zu schaffen, bei der die obigen Nachteile vermieden sind und die kompakter im Aufbau und verhältnismäßig billig herzustellen ist.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von schematischen Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig« 1 ist eine teilweise im Schnitt gezeigte Teilansicht eines Fahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der aufblasbare Behälter in aufgeblasenem Zustand dargestellt ist;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Sicherheitssystems nach der Erfindung;

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie 4-4 in "

Wie besonders aus Fig. 1.hervorgeht, umfaßt ein Fahrzeug 2 eine Sicherheitsanordnung, die allgemein . eine Druckquelle 4 und einen aufblasbaren Behälter, beispielsweise einen Sack 6, aufweist. Eine Person 8 sitzt auf dem Vordersitz 10. Die Sicherheitsvorrichtung ist im Sitz 10 angeordnet, wobei der Sack 6 in unaufgeblasenem Zustand aufgehoben ist. Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird bei einem Aufprallen auf die Rückseite des Fahrzeugs 2 die Druckquelle so betätigt, daß sie den Sack 6^ aufbläst, um zu verhindern, daß der Kopf des Insassen 8 nach hinten schlägt» Auf diese Weise werden ä peitschenhiebartige Verletzungen des Insassen vermieden. Es sei darauf hingewiesen, daß Sicherheitsvorrichtungen nach der Erfindung auch an anderen Stellen angeordnet sein können. Zum Beispiel kann die Sicherheitsvorrichtung unterhalb des Armaturenbretts oder an der Innenseite des Fahrzeugdaches angeordnet sein, so daß der Sack, wenn er aufgeblasen ist, verhindert, daß der Insasse nach vorn geworfen wird und auf die Windschutzscheibe, das Armaturenbrett, das Steuerrad oder den Rücksitz prallt.

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Die Druckquelle 4 gemäß der Erfindung umfaßt ein im allgemeinen zylindrisches Teil 12, an dessen einem Ende ein Ausgangsteil 14 angeschweißt ist. Dieses Ausgangsteil 1/, ist mit einer Axialbohrung versehen, die an einem Ende geschlossen ist und mit dem offenen Ende dem Inneren des zylindrischen Teils 12 zugewandt ist. Die Verbindung zwischen der Bohrung 16 und dem Innenraum des zylindrischen Teils 12 ist normalerweise durch eine zerreißbare Scheibe 18 unterbunden, welche bei einem vorherbestimmten Druck zerreißen oder bersten kann. Das andere Ende des zylindrischen Teils ist von einem Gehäuse 20 verschlossen, welches angeschweißt sein kann. Eine Antriebsladung 22 entweder in Form einzelner Pulverkörnchen oder als massives Stück und eine Zündladung oder Zündvorrichtung 24 sind im Gehäuse 20 aufgenommen. Das Gehäuse 20 und das Ausgangsteil 14 bilden eine geschlossene Kammer 26, in der ein Druckmittel gespeichert ist. Die zerreißbare Scheibe 18 ist so ausgelegt, daß sie bei einem Druck oberhalb des Drucks des gespeicherten Druckmittels birst.

Ein Verteilerrohr 28 in Form einer zweckmäßigen Leitung ist am Ausgangsteil 14 befestigt, und die Verbindung zwischen dem Verteilerrohr 28 und der Bohrung 16 im Ausgangsteil 14 erfolgt durch eine Reihe kleiner Verteileröffnungen 29 in der Wand des Ausgangsteils 14. Das Verteilerrohr 28 endet in einem trichterförmigen Auslaß 30, an dem der Sack 6 so befestigt ist, daß das Innere des Sacks mit dem Ausgangsteil 14 in Verbindung steht. Der Sack 6 ist in unaufgeblasenem Zustand so zusammengelegt, daß seine Expansion nicht behindert wird.

Die Anordnung ist so getroffen, daß beim Zünden des Treibmittels das daraus resultierende heiße Gas das Druckmittel in der Kammer 26 erhitzt, so daß der Druck innerhalb der Kammer 26 auf einen Punkt erhöht wird, bei dem die zerreiß-

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bare Scheibe 18 birst und das heiße Gas und Druckmittel durch das Ausgangsteil 14 und das Verteilerrohr 28 in den Sack 6 entweichen können, um den Sack aufzublasen.

Das Gehäuse 20 ist ferner mit einer Gewindebohrung zur Aufnahme der Zündvorrichtung 24ι einer ersten Ansenkung zur Aufnahme der Treibladung und einer zweiten Ansenkung 36 zur Aufnahme einer Haltevorrichtung 38 versehen. Die Zündvorrichtung 24 kann ein mit Gewinde versehenes Gehäuseteil 40 mit einem Kopf 42 umfassen. Ein Isolierteil 44 ist in einer Bohrung 46 im Gehäuseteil 40 angeordnet und eine Zündladung 48 zwischen das Isolierteil 44 und ein Endverschlußteil 50 gepackt. Zwei Zuleitungen 52 und 54 erstrecken sich durch den " Kopf 42 des Gehäuseteils 40 sowie durch das Isolierteil 44 in die Zündraasse 48. Ein Überbrückungsdraht 56 erstreckt sich zwischen den freiliegenden Enden.der Zuleitungen 52 und 54.

Die Haltevorrichtung 38 umfaßt ein becherförmiges Teil 58, welches in der zweiten Ansenkung 36 so angeordnet ist, daß das offene Ende der Kammer 26 zugewandt ist. Dieses offene Ende des becherförmigen Teils 58 ist mittels einer Scheibe 60 verschlossen, eine Verbindung zwischen dem Inneren der Haltevorrichtung 38 und der Kammer 26 erfolgt über mehrere in Umfangorichtung in Abständen voneinander vorgesehene Öffnungen 62 in der Seitenwand des Teils 58. Der Boden des be- ä cherförmigen Teils in der Nähe der Treibladung 22 ist mit einer ringförmigen Nut 64 ausgebildet, die einen abgeschwächten, abbrechbaren Teil 66 bildet, welcher bricht, wenn der Druck der brennenden Treibladung einen vorherbestimmten Wert erreicht. Durch die Schaffung der Vielzahl kleiner Öffnungen 62 im becherförmigen Teil 58 kann die Haltevorrichtung das'¹ abbrechbare Teil 66 nach d-em Abtrennen auffangen, und außerdem wird das Treibgas verteilt, um den Geräuschpegel herabzusetzen.

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Beim Zusammenbau kann nach dem Anordnen der Haltevor-* richtung 38 in der zweiten Ansenkung 36 und dem Befestigen derselben am Gehäuse 20 die Treibladung 22 in die erste Ansenkung 34 gefüllt werden. Daraufhin wird die Zündvorrichtung 24 in die Bohrung 32 eingeschraubt, wobei das Endverschlußteil 50 in der Nähe der Treibladung 22 angeordnet wird.

Die zerreißbare Scheibe 18 ist am Ende des Ausgangsteils 14 mittels einer Unterlegscheibe 68 befestigt. Dabei ist die zerreißbare Scheibe 18 zwischen dem Ende des Ausgangsteils 14 und der Unterlegscheibe 68 angeordnet, welche am Ausgangsteil 14 angeschweißt oder anderweitig befestigt ist, um die Scheibe 18 fest in ihrer Lage zu halten.

Bei dem Verteilerrohr 28 handelt es sich um ein Rohrstück, dessen Gestalt vom jeweiligen Verwendungszweck der Sicherheitsvorrichtung abhängt. Die Verteileröffnungen in der Wand des Ausgangsteils 14 dienen dazu, die Scheibe nach dem Zerbersten aufzufangen und zu verhindern, daß sie in den Sack 6 geschwemmt wird. Außerdem wird durch diese Öffnungen das herausströmende Druckmittel verteilt und damit der Geräuschpegel gesenkt. An das Ende des trichterförmigen Auslasses 30 des Verteilerrohrs 28 ist ein Plansch 70 angeschweißt. Die Ränder um die Öffnung des Sacks 6 herum sind zwischen den Plansch 70 und ein äußeres Ringteil 72 eingeklemmt und mittels Serienhalteteilen 74 eingeklemmt gehalten.

Das Gehäuse 20 ist ferner mit einer durchgehenden Bohrung 78 versehen, in der ein Füllventil 80 angebracht ist. Dieses Ventil 80 kann Ventilen an Autoreifen ähnlich sein. Gegebenenfalls kann die Kammer 26 auch während des Schweißyorgangs unter Druck gesetzt sein, so daß sich ein Füllventil erübrigt.

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Wenn die Sicherheitsvorrichtung in ein Fahrzeug eingebaut ist, sind die Leitungen 52 und 54 von der Zündvorrichtung 24 an eine entsprechende kühlvorrichtung (die in Pig. 2 "bei 76 schematisch dargestellt ist) beispielsweise an einen Beschleunigungsmesser oder an einen Schalter angeschlossen, der auf das Beharrungsvermögen anspricht und so konstruiert ist, daß er wahrnimmt, wenn das Fahrzeug in einen Unfall verwickelt ist. Bei Betätigung der Fühlvorrichtung fließt elektrischer Strom durch die Leitungen 52 und 54 und den Überbrückungsdraht 56 der Zündvorrichtung 24, um die Zündmasse 48 in Gang zu setzen. Die Zündmasse 48 bricht das Endverschluß- | teil 50 und zündet die Treibladung 22. Die Treibladung 22 erzeugt bei ihrer Verbrennung heißes Gas und Druck, bis der abbrechbare Teil 66 abbricht. Nach dem Abtrennen des Teils 66 strömt Gas von der Treibladung 22 in die Kammer 26 und erhitzt das darin gespeicherte Druckmittel. Zusammen mit dem durch das Verbrennen der Treibladung 22 erzeugten Gas führt das Erhitzen des Druckmittels in der Kammer 26 zu einem Druckanstieg innerhalb der Kammer 26. Wenn der Druck eine vorherbestimmte Höhe erreicht, zerbirst die zerreißbare Scheibe 18, so daß das Druckmittel und Gas durch das Ausgangsteil 14 gelangen und durch die Öffnungen 29 in das Verteilerrohr 28 und von dort in den Sack 6 strömen können, um den Sack aufzublasen, f

Bei Verwendung von Luft als dem gespeicherten Druckmittel hat sich gezeigt, daß ein Verhältnis von etwa 8:1 zwischen Luft und Treibmittel im allgemeinen zufriedenstellend ist. Bei diesem Verhältnis wird hauptsächlich aufgrund der Erwärmung der Luft etwa die Hälfte der Aufblasenergie vom Treibmittel geliefert. Wenn, um ein Beispiel zu nennen, ein 0,02832 m großer Sack als. Kopfstütze in einem Personenwagen verwendet wird, so muß dieser innerhalb einer Zeitspanne von 40 bis 60'Millisekunden auf einen Druck von o,25 bis 0,65 Atü aufgeblasen werden.

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Zu diesem Zweck sind 21 g Luft in der Kammer 26 unter einem Druck von etwa 57 Atm. gespeichert. Etwa 2,5 g eines Treibmittels auf doppelter Basis, d.h. eines Nitrocellulose und Nitroglycerin enthaltenden Treibmittels, sind im Gehäuse 20 vorgesehen.

Es hat sich gezeigt, daß die zerreißbare Scheibe 18 einen Zerreißpunkt haben sollte, der etwa 50$ oberhalb des Drucks des Druckmittels in der Kammer 26 liegt. Bei dem oben erwähnten Beispiel erhöhen also die aus dem Verbrennen der Treibladung resultierende Wärme und das Gas den Druck in der

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Kammer 26 auf etwa 98 kp/cm . Die zerreißbare Scheibe 18, deren Zerreißpunkt bej 88 kp/cm liegt, ist dabei geborsten, und ein Teil der Mischung aus Treibgas und Luft strömt aus der Kammer 2 6 in das Ausgangsteil 14, während der Druck in der Kammer 26 auf 98 kp/cm ansteigt. In diesem Moment beträgt die Temperatur der Mischung aus Luft, Treibstoff und Gas in der Kammer 26 etwa 537°C. Nach dem Entfalten des Sacks hat diese Mischung eine Temperatur von ungefähr 232⁰C. Die Temperatur der Außenfläche des Sacks beträgt etwa 60⁰C, was erheblich unterhalb der maximal zulässigen Temperatur von 93°C liegt. Falls ein größerer Sack aufgeblasen werden soll, muß entweder die Größe der Speicherkammer oder der Druck des gespeicherten Druckmittels erhöht werden. Außerdem wird die Menge des Treibmittels erhöht, so daß das Verhältnis zwischen gespeichertem Druckmittel und Treibladung auf dem gewünschten Niveau bleibt.

Wenn Luft als Druckmittel verwendet ist, findet eine Reaktion zwischen dem heißen, an Treibstoff reichen Treibgas und/oder teilweise verbranntem Treibmittel und dem Sauerstoff in der Luft in der Kammer 26 statt, wenn das abbrechbare Teil 66 der Haltevorrichtung 38 bricht, damit das Gas und/oder Pulver aus dem Gehäuse 20 in die Kammer 26 gelangen können.

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Hierdurch wird "bei einer gegebenen Treibladungsmenge mehr Wärme erhalten, als wenn statt Luft ein Schutzgas, beispielsweise Stickstoff, verwendet würde, tfird ein Schutzgas oder Edelgas verwendet, so kann es wünschenswert sein, dieses mit Sauerstoff zu mischen, damit die oben erwähnte Reaktion stattfindet und zusätzliche Wärme gewonnen wird. Es ist möglich, für jedes gegebene Treibmittel das theoretische Verhältniszwischen Sauerstoff und Treibmittel zu berechnen, bei dem eine vollständige Reaktion des Sauerstoffs stattfindet. Angesichts der Tatsache, daß jedoch vermutlich nicht genügend Zeit für eine vollständige Reaktion des gesamten Sauerstoffs mit dem Gas und dem Treibmittel zur Verfügung steht, ist jedoch ein Überschuß an Sauerstoff wünschenswert.

Das oben erwähnte Beispiel, Luft oder Sauerstoff*zu verwenden, schließt jedoch nicht die Verwendung einer größeren Pulverladung und eines Schutzgases aus. Auf jeden Fall ist es wünschenswert, dass genug Treibmittel vorgesehen ist, so daß zumindest die Hälfte der Energie zum Aufblasen des Sacks vom Treibmittel geliefert wird. Außerdem ist es in jedem Fall nötig, daß die Temperatur der Außenseite des Sacks unterhalb der Höchsttemperatur von 93⁰C bei aufgeblasenem Sack bleibt.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. - Io -

   Patentansprüche

   1.1 Verfahren zum Aufblasen eines Sacks einer Sicherheitsvorrichtung, insbesondere zum Schutz der Insassen eines Fahrzeugs unter Verwendung eines gespeicherten Drucknittels, dadurch gekennze i chnet, daß durch Zündung einer Treibladung' ein heißes Gas erzeugt und zusammen mit den gespeicherten Druckmittel ins Innere des Sacks gelenkt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Zünden und Verbrennen der Treibladung so viel Gas erzeugt wird, daß die Hälfte der zum Aufblasen des Sacks benötigten Energie von diesem Gas geliefert wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Treibladung verbrannt wird, daß die bein Brennen der Treibladung erzeugten Gase in einen Speicherraum des Drucknittels freigegeben werden, und daß das Herausströmen des Ga3es und des Druckmittels aus den Speicher in den Sack verhindert wird, bin der Druck im Speicherbehälter einen vorherbestimmten Wert oberhalb des Drucks des gespeicherten Druckmittels erreicht hat.

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   - ii -

   H. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittel Luft verv/endet wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas und das Druckmittel in dein Behälter an einer. Herausströmen aus dem Behälter gehindert werden, bis der Druck im Behälter auf einen Wert etwa 5o·% oberhalb des Drucks des gespeicherten Druck- I mittels ansteigt.

   6. Sicherheitsvorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach einen der Ansprüche 1 bis 5 mit einem aufblasbaren Sack und einem Behälter zum Speichern eines in den Sack einlaßbaren Druckmittels, gekennzeichnet durch eine bein Zünden ein heißes Gas erzeugende Treibladung (22), eine Einrichtung (24) zum Zünden der Treibladung, eine Einrichtung (l^Ji, 16, 28 - 3o), die eine Verbindung zwischen den Behälter und dem Sack herstellt, und eine lösbare ™ Sperreinrichtung (18), die vor dem Zünden der Treibladung das Druckmittel am überströmen zum Sack hindert, jedoch nach den Zünden der Treibladung das Druckmittel und das Gas in den Sack strömen und denselben aufblasen läßt.

   . j-

   7. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Verbindungseinrichtung (1*1, 16, 28 - 3o) zwischen dem Inneren des Sacks und dem Inneren des

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   — ΊΟ

   Behälters und eine zerreißbare Einrichtung (18),welche die Verbindungseinrichtung abschließt, bis nach Zünden der Treibladung (22) der Druck im Behälter über den des Druckritteis angestiegen ist.

   8. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 7j dadurch g e kennzeichnet, daß die zerreißbare Einrichtung einen Zerreiß- oder Berstpunkt hat, der 5o % oberhalb des Drucks des Druckmittels in Behälter liegt.

   9. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung zwischen Speicherbehälter (26) und Sack (6) als Gasverteiler (28) ausgebildet ist, daß ein zerreißbares Teil (18) zwischen dem Behälter (26) und dem Sack (6) vorgesehen ist, welches einen vorherbestimmten Zerreiß- oder Berstpunkt oberhalb des Drucks des gespeicherten Druckmittels hat, daß eine Verteileinrichtung (29) zwischen dem Behälter und dem Gasverteiler (28) angeordnet ist, die das zerreißbare Teil (l8) nach dem Zerreißen auffängt und das aus deni Behälter herausströmende Druckmittel verteilt, sowie eine Einrichtung OO sun Speichern einer Treibladung (22), eine Treibladung in der Speichereinrichtung, und eine Einrichtung (38) vorgesehen sind, die bein Zünden des Treibmittels eine Verbindung zwischen d'er Speichereinrichtung und dem Behälter herstellt.

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   BAD ORIGINAL

   -J- ■ ■ ■ ■ ■■■ ■■ ■ ■ ····· ■ ■ ,..,,.

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   10. Sicherheitsvorrichtunf, nach ei η ο η der Ansprüche 7 bis 9 j dadurch c e kennzeichnet, daß ein zv/eites aerreiiV-bares Teil (66) vorgesehen ist, welches zwischen dem das Treibmittel speichernden Hohlraum (3'1) und dem Behälter (26) angeordnet ist und einen vorherbestirmten Zerreiß- 'bzw. Berstpunkt hat.

   11. Sicherheitsvorrichtunc nach einen der Ansprüche 7 bis

   10, dadurch gekennzei chnet, daß das zerreiß-

   bare Teil (18) zwischen dem Behälter (26) und den Sack (6) |

   eine Zerreißstärke hat, die etwa 5o "/■> oberhalb des Drucks den gespeicherten Druckmittels liep.t.

   12. Sicherheitsvorrichtung nach einen der Ansprüche 7 bis

   11, dadurch π e k e η η ζ e i c h η e t, daß eine zweite Verteileinrichturir; (33) zwischen eiern zerre "ißbarcn Teil (CG) und den liehälter (?G) vorgesehen ist, die verhindert, daß das zerroißbore Teil nach dem Zerreißen in den Behälter celanp.t und die das Gas vom Treibmittel nach dem Zünden der Treibladung verteilt. f

   13· Gichcr-heitsvorrichtunn nach Anspruch 12, dadurch fiekennzeichn et, daß die zweite Verteileinrichtung (38) einen Hohlkörper (^[j8) unifaßt, dessen Innenraum bein Zerreißen dan zweiten zerreißbaren Teils irit der opeichorbo-¹* hälter (26) in Verbindung steht und durch dessen Wand sich rrehrere ^ffnunpien (6?) erstrecken, die eine Verbindung zwi-

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   - Ill -

   sehen den Innenrauir» des Hohlkörpers und dem Behält.er (26) herstellen.

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