DE69422645T2 - Einrichtung und verfahren zum füllen eines luftsackes - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufblasen eines leeren flexiblen Behälters mit Gas im wesentlichen sofort, wenn ein Kraftfahrzeug, in dem der Behälter eingebaut ist, starken Verzögerungskräften ausgesetzt ist, welcher Behälter dazu bestimmt ist, Verletzungen zu vermeiden oder das Ausmaß von Verletzungen zu verringern, die eine im Fahrzeug sitzende Person erleidet, z. B. im Falle eines Zusammenstoßes. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zum Füllen eines in einem Fahrzeug angebrachten leeren flexiblen Behälters mit Gas im wesentlichen sofort, wenn der Behälter starken Verzögerungskräften ausgesetzt wird, wobei der mit Gas befüllte Behälter als ein Kräfte aufnehmendes Kissen wirkt, das gegen Verletzungen schützt, welche Vorrichtung ein erstes Druckbehältnis, das mit Sauerstoff und einem inerten Gas unter hohem Druck gefüllt ist, ein zweites Druckbehältnis, das mit einem inerten Gas und Wasserstoff gefüllt ist, wobei jedes der ersten und zweiten Behältnisse mit Hilfe entsprechender Verschlußmittel geschlossen ist, die sich öffnen werden, wenn sie Verzögerungskräften ausgesetzt werden, die einen kleinsten Wert überschreiten, und mit dem flexiblen Behälter mit Durchlaßmitteln verbunden sind, die dem flexiblen Behälter beim Öffnen der Verschlußmittel Gas zuführen, eine Einrichtung zum Halten des Behälters, ein Verzögerungsmeßgerät und Zündeinrichtungen aufweist, wobei das inerte Gas Helium, Argon und/oder Stickstoff ist.
• Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Füllen eines in einem Fahrzeug angeordneten leeren flexiblen Behälters unter Verwendung einer Vorrichtung der oben genannten Art.
• Einige Kraftfahrzeuge sind mit Airbags (Luftsäcke) als Alternative oder als Zusatz zu Sicherheitsgurten versehen. Im Falle eines Zusammenstoßes werden die Airbags äußerst schnell vor dem Fahrer oder Passagieren aufgeblasen, um so den Fahrer oder Passagiere vor irgendwelchen Verletzungen zu schützen, die sie sonst erleiden könnten, wenn sie nach vorne gegen das Lenkrad des Fahrzeugs oder das Instrumentenbrett geschleudert werden.
• Zur Zeit der Ausarbeitung dieses Dokuments wurden Kraftfahrzeuge nicht mit Airbags für Passagiere auf den Rücksitzen ausgerüstet. Dies beruht möglicherweise darauf, daß sehr große Airbags im hinteren Fahrzeugsitz benötigt würden, was möglicherweise mit einer Anzahl von Problemen rein gaskinetischer Natur verknüpft ist.
• Im Falle eines Frontalzusammenstoßes oder im Falle irgendeiner Art von Zusammenstoß, bei dem das Fahrzeug abrupt angehalten wird, muß es möglich sein, den Sack mit Gas zu füllen, bevor der Fahrer oder Passagiere, die sich weiterhin mit der ursprünglichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs bewegen, auf die Rückseite des Vordersitzes treffen oder gegen das Lenkrad und/oder das Instrumentenbrett geschleudert werden.
• Um wirksamen Schutz zu erhalten, schätzt man, daß der Airbag oder ein ähnliches Kissen innerhalb eines Hunderstel einer Sekunde aufgeblasen werden muß.
• Nimmt man an, daß sich ein Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 110 km/h bewegt, wenn ein Zusammenstoß passiert, wird eine im Fahrzeug sitzende Person sich um eine Entfernung von ungefähr 0,3 m in bezug auf den Grund in diesem Zeitraum bewegen. Da die tatsächliche Karosserie des Fahrzeugs nicht sofort abgebremst wird aufgrund der Tatsache, daß die Vorderseite des Fahrzeugs um eine Strecke von einem oder mehreren Dezimetern nach innen gestaucht wird, werden der Fahrer des Fahrzeugs oder darin befindliche Passagiere sich nach vorne um eine Entfernung von ungefähr 1 bis 2 Dezimetern in bezug auf die Fahrzeugkarosserie im Zeitraum von 0,01 Sekunden bewegen, in welchem Falle das Kissen oder der Sack Zeit hat, aufgeblasen zu werden und dadurch den Fahrer oder die Passagiere dafür schützt, daß sie auf das Lenkrad, das Instrumentenbrett oder die Rücklehne des Vordersitzes geworfen werden.
• Wenn ein Gas sich in Abwesenheit von Energieaustausch (Isoenthalpie) wie im vorliegenden Fall ausdehnt, wird die Temperatur normalerweise entsprechend dem sogenannten Joule- Thompson-Effekt sinken. Im Falle von Luft oder Stickstoff, dem es ermöglicht wird, sich von 400 auf 2 bar zu expandieren, wird die Temperatur um ungefähr 70 bis 100ºC sinken. Wenn das Gas in den Hochdruckbehältnissen wie im Falle von Airbags gespeichert ist, ist es notwendig, entweder entsprechende Wärme dem Gas zuzuführen, um so das Volumen zu erhalten, das bei Raumtemperatur erhalten würde, oder das Druckbehältnis muß mit ungefähr 30% mehr Gas gefüllt werden.
• Zusätzlich zu diesem Temperaturabfall muß erinnert werden, daß Luft, Stickstoff oder andere Gase einen Kompressibilitätsfaktor von ungefähr 1, 2 bei 400 bar haben, was berück sichtigt werden muß, wenn der Sack dimensioniert wird, da sonst der Druck oder das Volumen in entsprechendem Ausmaß vergrößert werden muß, im Vergleich zu dem, was im Falle eines idealen Gases der Fall gewesen wäre.
• Ein anderes Problem, das bei allen schweren Gasen auftritt, ist, daß die Ausströmgeschwindigkeit des Gases im vorliegenden Fall verhältnismäßig gering sein würde, da die Gasgeschwindigkeit eine Funktion sowohl des Molekulargewichts als auch der Temperatur ist.
• DE-A-42 31 356 offenbart in Fig. 1 eine Vorrichtung des anfänglich definierten Typs. Diese bekannte Vorrichtung weist zwei Gasbehältnisses und eine Verbrennungskammer auf, die in Strömungsrichtung vor einem aufblasbaren flexiblen Behälter vorgesehen ist und Zündmittel aufweist, um die Verbrennung der Gase von den Behältnissen in der Verbrennungskammer einzuleiten. In den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 4 ist die Verbrennungskammer von dem flexiblen Behälter mit Hilfe einer Endwand in Form einer Berstscheibe getrennt, die bei gewissen Ausführungsformen birst, wenn der Druck in der Verbrennungskammer eine vorbestimmte Höhe erreicht. In der Ausführungsform von Fig. 6 ist diese Berstscheibe durch eine Strömungssteueröffnung ersetzt, die die Gasströmungsrate zum aufblasbaren Behälter und den Druck in der Verbrennungskammer steuert. In diesem Falle ist keine freie Gasströmung von den Gefäßen zum aufblasbaren Behälter möglich.
• DE-A-25 01 602 offenbart eine andere Art von Vorrichtung zum Füllen eines im Fahrzeug angebrachten leeren flexiblen Behälters mit Gas, wenn der Behälter starken Verzögerungskräften ausgesetzt wird. Die Vorrichtung schließt ein Druckbehältnis, das mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt ist, das zum füllen des flexiblen Behälters expandiert werden soll, wenn die Verzögerung auftritt, und eine Zündkammer ein, die ein zu zündendes Medium zum Erhöhen der Temperatur des expandierenden Gases während des Befüllens des flexiblen Behälters aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Füllen eines leeren flexiblen Behälters oder Kissens mit Gas im wesentlichen sofort im Falle von starker Verzögerung des Fahrzeugs zu schaffen, in dem der Behälter oder das Kissen angebracht ist, wobei der gasgefüllte Behälter als ein Kräfte aufnehmendes Kissen wirkt, um so das Ausmaß zu verringern, in dem Verletzungen erlitten werden.
• Dieses Ziel wird erfindungsgemäß mit der Vorrichtung und dem Verfahren erreicht, die anfänglich definiert sind und die kennzeichnenden Merkmale haben, die in dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch 1 und dem unabhängigen Verfahrensanspruch 9 ausgeführt sind. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8, 10 und 11 definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Die Erfindung soll nun detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben werden. Es zeigen:
• Fig. 1 schematisch zwei Gasbehältnisse, die mit einer Leitung verbunden sind, die wiederum mit einem teilweise gefüllten Gaskissen gefüllt ist; und
• Fig. 2 schematisch eine andere Ausführungsform, bei der jedes der beiden Gasbehältnisse mit dem Gaskissen durch eine getrennte Leitung verbunden ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VERSCHIEDENER AUSFÜHRUNGSFORMEN
• In Fig. 1 ist eine Hauptleitung 5 gezeigt, die sich zu einem Gaskissen 8 erstreckt, das teilweise gefüllt gezeigt ist. Das Gaskisssen ist an einem Halter 7 angebracht. Das Ende der Hauptleitung 5, das vom Gaskissen 8 entfernt ist, verzweigt bei 6 in zwei Verbindungsleitungen 3 und 4, von denen jede mit einem Druckgasbehältnis 1 und 2 verbunden ist. Die Auslässe der Gasbehältnisse 1 und 2 sind mit einer Schwächung z. B. in Form einer Berstplatte oder -scheibe versehen, die so arbeitet, daß sie sofortigen freien Durchlaß des Gases in entsprechende Behälter ermöglicht. Dieser freie Durchlaß des Gases wird sofort im Falle von Verzögerungskräften (Zusammenstoßkräften) erzeugt, die stark genug sind, um die Platte zu zerstören. Die Behältnisse 1 und 2 enthalten zusammen das Gasvolumen, das zum Füllen des Gaskissens erforderlich ist.
• Das leere Gaskissen 8 ist am Halter 7 befestigt. Eine Zündeinrichtung, die eine Funken erzeugende Einrichtung sein kann, ist in der Hauptleitung 5 in der Nähe der Auslaßöffnung, die zum Gaskissen 8 zeigt, oder in der Nähe der Auslaßöffnung des Halters 7 oder im Gaskissen in der Nähe der Auslaßöffnung der Leitung 5 angebracht.
• Das erste Behältnis 1 ist mit einem inerten Gas z. B. mit Argon, Helium, Stickstoff oder einer Mischung von zwei oder mehr dieser Gase gefüllt. Das Behältnis 1 enthält auch Sauerstoff. Die Menge von Sauerstoff, die im Behältnis 1 vorhanden ist, entspricht zwischen 2,5 und 20 Vol.-% des Gesamtvolumens von Gas in den beiden Behältnissen 1 und 2. Das andere Behältnis 2 ist auch mit inertem Gas gefüllt und enthält Wasserstoff in einer Menge, die 3 bis 15 Vol.-% des gesamten Gasvolumens in den beiden Behältnissen 1 und 2 entspricht. Die Behältnisse 1 und 2 werden vorzugsweise dasselbe inerte Gas oder dieselbe inerte Gasmischung enthalten. Helium ist das Gas, das am meisten bevorzugt ist. Wenn das Fahrzeug starken Verzögerungskräften ausgesetzt wird, wird die Schwächung im Auslaß der Gasbehältnisse, bei einer bevorzugten Ausführungsform Berstplatten, zerbrechen und dadurch eine Öffnung bilden, durch die das Gas zur Hauptleitung 5 von beiden Behältnissen strömen kann. Wenn eine vorgegebene vorbestimmte Gasmenge in das flexible Kissen 8 geströmt ist, werden die Zündmittel einen Funken erzeugen, der bewirkt, daß die Sauerstoff-Wasserstoff-Mischung explodiert und dabei reagiert, um Wasser zu bilden. Die Temperatur wird beträchtlich durch diese Reaktion erhöht, die die Kühlwirkung mehr als kompensiert, die durch die freie Expansion von Stickstoff und Argon erzeugt wird. Dies ermöglicht es, daß die Menge von Gas, die zum Füllen des Luftkissens benötigt wird, beträchtlich verringert wird.
• Da es nicht sicher ist, eine Sauerstoff-Wasserstoff-Mischung in einem und demselben Behältnis aufzubewahren, sind diese Gase getrennt in getrennten Behältenissen 1 und 2 gespeichert, die gleichzeitig geöffnet werden, so daß sich die Gase mischen werden, bevor sie das Luftkissen erreichen.
• Es ist äußerst wichtig, sicherzustellen, daß die Druckbehältnisse 1 und 2, die benutzt werden, um Gaskissen im Falle eines Zusammenstoßes zu füllen, nicht lecken und daß sie auf dem entsprechenden Druck für viele Jahre nach dem Füllen gehalten werden. Da hochempfindliche Heliumleckprüfeinrichtungen kommerziell erhältlich sind, ist es zweckmäßig, Helium als Bestandteil des Gases einzuschließen, das in diesem Zusammenhang verwendet wird.
• Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform, die zwei Gasbehältnisse 1 und 2 und getrennte Leitungen 3 und 4 einschließt, die sich von den entsprechenden Behältnissen erstrecken. Diese Leitungen 3, 4 sind mit dem Gaskissen 8 durch das Mittel eines Mischers 9 verbunden, der auch als Halteeinrichtung dienen kann. Der Mischer 9 weist eine Mischkammer auf, die eine Mehrzahl von Öffnungen besitzt, die mit dem Gaskissen verbunden sind. Der Mischer wird der Gasströmung zum Gaskissen 8 wenig Widerstand entgegensetzen. In diesem Falle ist die Zündeinrichtung vorzugsweise in der Mischkammer angebracht.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Gasmischung gezündet, wenn wenigstens 30% des gesamten Gasvolumens der beiden Gasbehältnisse in das Gaskissen 8 gelangt ist. Diese Zündung kann ausgelöst werden, wenn eine vorbestimmte Zeit nach Öffnen der beiden Behältnisse 1 und 2 abgelaufen ist. Die Geschwindigkeit, mit der das Gaskissen 8 gefüllt wird, wird mit der Zeit absinken, da der Druckabfall in den Gasbehältnissen 1 und 2 es nicht ermöglichen wird, daß das gesamte verfügbare Gasvolumen das Gaskissen 8 füllt.
• Die Zündung der Gasmischung führt zu einem deutlichen und schnellen Anwachsen der Temperatur des gesamten Gasvolumens im Gasbehälter, was wiederum zu einer beträchtlichen Erhöhung des Gasvolumens im Gaskissen führt. Erfindungsgemäß wird die Mischung gezündet, wenn wenigstens 30% des gesamten Gasvolumens in den Behältenissen 1 und 2 durch den Mischer hindurchgelangt ist, deren Volumenraum normalerweise klein in bezug auf den Volumenraum des Gaskissens ist. Die Gasmischung kann jedoch gezündet werden, wenn nur ein kleines Gasvolumen das Kissen erreicht hat, z. B. ein Volumen von 10%. Vorzugsweise wird jedoch wenigstens 75% des Gasvolumens in den Gasbehältnissen in das flexible Gaskissen gelangt sein, bevor die Gasmischung der Explosion ausgesetzt wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Gaskissen von 80 bis 90 % des gesamten Gasvolumens enthalten, wenn die Gasmischung gezündet wird.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Füllen eines in einem Fahrzeug angebrachten leeren flexiblen Behälters (8) mit Gas im wesentlichen sofort, wenn der Behälter starken Verzögerungskräften ausgesetzt wird, wobei der gasgefüllte Behälter (8) als ein Kräfte aufnehmendes Kissen wirkt, das gegen Verletzungen schützt, welche Vorrichtung ein erstes Druckbehältnis (1), das mit Sauerstoff und einem inerten Gas unter hohem Druck gefüllt ist; ein zweites Druckbehältnis (2), das mit einem inerten Gas und Wasserstoff gefüllt ist, wobei jedes der ersten und zweiten Behältnisse (1, 2) mit Hilfe eines Verschlußmittels verschlossen ist, das sich öffnen wird, wenn es Verzögerungskräften ausgesetzt wird, die einen kleinsten Wert überschreiten, und mit dem flexiblen Behälter (8) mit Hilfe von Durchlaßmitteln (3, 4, 5) verbunden sind, die Gas dem flexiblen Behälter bei Öffnen der Verschlußmittel zuführen; eine Behälterhalteeinrichtung (7); eine Verzögerungsmeßeinrichtung; und eine Zündeinrichtung einschließt, welches inerte Gas Helium, Argon und/oder Stickstoff ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßmittel Leitungen (3, 4) aufweisen, die mit einem Behältnis (1, 2) verbunden ist, so daß der flexible Behälter (8) mit einer Mischung der Gase von den Behältnissen gespeist wird, wenn die Verschlußmittel geöffnet werden, und daß die Zündeinrichtung in der Nähe des Gasmischungseinlasses des flexiblen Behälters (8) angebracht ist, so daß die Gasmischung im flexiblen Behäl ter (8) gezündet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen (3, 4) sich zu einer gemeinsamen Leitung (5) vor dem flexiblen Behälter (8) erstrecken oder sich in eine Mischkammer (9) in Strömungsverbindung mit dem flexiblen Behälter (8) entleeren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung in der Auslaßöffnung oder nahe der Auslaßöffnung der gemeinsamen Leitung (5) angebracht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung in der Mischkammer (9) angebracht ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff in einer Menge vorhanden ist, die 3 bis 15 Vol.-% des gesamten Gasvolumens in den beiden Behältnissen (1, 2) entspricht.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff in einer Menge vorhanden ist, die 2, 5 bis 20 Vol.-% des gesamten Gasvolumens in den beiden Behältnissen (1, 2) entspricht.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbehältnisse (1, 2) dieselbe volumenmäßige Speicherfähigkeit haben.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas Helium ist.

9. Verfahren zum Füllen eines in einem Fahrzeug angebrachten leeren flexiblen Behälters mit Gas im wesentlichen sofort, wenn der Behälter starken Verzögerungskräften ausgesetzt wird, wobei der gasgefüllte Behälter als ein Kräfte aufnehmendes Kissen wirkt, das gegen Verletzungen schützt, welches Verfahren ein erstes Druckbehältnis, das mit Sauerstoff und einem inerten Gas unter hohem Druck gefüllt ist und ein zweites Druckbehältnis verwendet, das mit einem inerten Gas und Wasserstoff gefüllt ist, wobei jedes der ersten und zweiten Behältnisse mit Hilfe eines Verschlußmittels verschlossen ist, das sich öffnen wird, wenn es Verzögerungskräften ausgesetzt wird, die einen kleinsten Wert überschreiten, und mit dem flexiblen Behälter mit Hilfe von Durchlaßmitteln verbunden sind, die Gas zum flexiblen Behälter leiten, wenn sich die Verschlußmittel öffnen; und wobei das inerte Gas Helium, Argon und/oder Stickstoff ist, gekennzeichnet durch die Verwendung von Leitungen als Durchlaßmittel, die den flexiblen Behälter mit einer Mischung der Gase von den Behältnissen speisen, wenn die Verschlußmittel geöffnet werden, und durch Zünden der Gasmischung im flexiblen Behälter (8) mit Hilfe einer Zündungseinrichtung, die in der Nähe des Gasmischungseinlasses des flexiblen Behälters angebracht ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch das Zünden der Gasmischung im flexiblen Behälter, wenn wenigstens 10%, vorzugsweise wenigstens 30% des gesamten Gasvolumens in den Behältnissen in den flexiblen Behälter gelangt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Zünden der Gasmischung, wenn wenigstens 75%, vorzugsweise 80 bis 90% des gesamten Gasvolumens in den Behältnissen in den flexiblen Behälter gelangt ist.