Beschreibung

Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Gassack-Einheit für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Fahrer- und Beifahrer-Gassäcke in Kraftfahrzeugen sind zumeist kissenför- mig mit großer Tiefe ausgestaltet. Eine ideale und schonende Schutzwirkung für den Insassen ergibt sich, wenn die gesamte Tiefe des Gassacks als Bremsweg für den Kopf/Brustbereich des Insassen genutzt wird. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es beispielsweise bekannt, bei solchen Gassäcken va¬ riable Abströmöffnungen vorzusehen, deren effektiver Querschnitt sich bei steigendem Innendruck verkleinert. Dadurch wird erreicht, dass bei hohen Geschwindigkeiten bzw. bei einem schweren Insassen eine höhere Rück¬ haltekraft zur Verfügung steht, als bei geringen Geschwindigkeiten und ei¬ nem leichten Insassen. Mit einer solchen Gassack-Einheit wird also eine An¬ passung der Gassackhärte an das jeweils Benötigte erreicht. Eine solche Gassack-Einheit ist beispielsweise aus der DE 21 16 347 D2 bekannt.

Nachteilig an einer solchen Gassack-Einheit ist, dass der Innendruck nicht nur mit Aufprallgeschwindigkeit und Schwere des Insassen, sondern bei¬ spielsweise auch stark mit der Temperatur des einströmenden Gases vari¬ iert. Dieser Effekt kann sich insbesondere auf kleine und leichte Insassen negativ auswirken, da er zu einem zu harten Gassack führen kann. Es ist weiterhin bekannt, auf andere Weisen Einfluss auf die Gestalt und/oder die Härte des Gassacks Einfluss zu nehmen. So gibt es zum Beispiel zwei¬ stufige Gasgeneratoren, deren zweite Stufe nur bei Bedarf zündet. Es ist auch möglich Fangbänder zur Begrenzung der Tiefe des Gassacks einzuset- zen, deren Befestigungsbolzen bedarfsweise abgesprengt werden.

Gegenstand der Erfindung

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Gassack-Einheit dahingehend weiterzubilden, dass bei der Selbstregelung des Innendrucks und/oder der Gestalt des Gassacks Effekte, die von Ge¬ wicht und Aufprallgeschwindigkeit des Insassen unabhängig sind, zu mini¬ mieren.

Diese Aufgabe wird durch eine Gassack-Einheit mit den Merkmalen des An¬ spruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird als Regelgröße die Kraft herangezogen, die zwischen dem gefüllten Gassack und einem feststehenden Teil herrscht. Diese Kraft ist in der Regel direkt proportional zu der vom Insassen auf den Gassack über¬ tragenen Kraft, welche wiederum im wesentlichen nur von der Aufprallge¬ schwindigkeit und dem Gewicht des Insassen abhängt. Von anderen Fakto¬ ren ist diese Kraft unabhängig. Man kann diese Kraft zum direkten Ansteu¬ ern eines beweglichen Elements oder beispielsweise auch zum Generieren eines elektrischen Signals nutzen, welches wiederum als Steuergröße dient.

In einer bevorzugten, rein mechanisch passiven Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Gassack-Einheit gemäß Anspruch 2 eine Ventilanord¬ nung auf, deren wenigstens eine Abströmöffnung einen veränderbaren effek- tiven Querschnitt aufweist. Die Ventilanordnung weist einen ersten und einen zweiten Abschnitt auf, wobei der erste Abschnitt direkt oder indirekt mit dem befüllten Gassack und der zweite Abschnitt starr mit dem Fahrzeug verbun- den ist. Die Veränderung des effektiven Querschnitts der Abströmöffnung hängt zumindest in einem gewissen Lastbereich von der Kraft ab, die zwi¬ schen den beiden Abschnitten herrscht. Hierdurch wird erreicht, dass der effektive Querschnitt der Abströmöffnung, und somit die Härte des Gassacks, nur von der vom Insassen in den Gassack eingeleiteten Kraft abhängt und vom Innendruck des Gassacks im wesentlichen unabhängig ist.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprü¬ chen sowie aus den nun mit Bezug auf die Figuren näher erläuterten Ausfüh- rungsbeispielen. Hierbei zeigen:

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figur 1 Ein Lenkrad mit einer Gassack-Einheit in einer teilweise ge- schnittenen Seitenansicht, wobei sich die Gassack-Einheit in ih¬ rer Ruhestellung befindet, Figur 2 Lenkrad und Gassack-Einheit aus Figur 1 mit vollständig ex¬ pandiertem Gassack vor Aufprall des Insassen, Figur 3 das in Figur 2 Gezeigte mit auf den Gassack aufgepralltem In- sassen, Figur 4 ein Lenkrad mit einer Gassack-Einheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht, wobei sich die Gassack-Einheit in ihrem Ruhe¬ zustand befindet, Figur 5 das in Figur 4 Gezeigte bei Krafteinwirkung auf den Lenkrad¬ kranz, Figur 6 Lenkrad und Gassack-Einheit aus Figur 5 mit expandiertem Gassack und auf den Gassack aufgeschlagenem Insassen, und Figur 7 ein elektronisch arbeitendes Ausführungsbeispiel, Figur 8 eine Variation des in Figur 7 dargestellten Ausführungsbei¬ spiels. Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Figur 1 zeigt schematisch ein Lenkrad mit einer Gassack-Einheit. Über Spei¬ chen 32 ist der Lenkradkranz 30 mit der Nabe 34 verbunden, von der aus sich die Lenksäule 35 erstreckt. Innerhalb des Lenkradkranzes 30 befindet sich die Gassack-Einheit mit folgenden Bestandteilen: Mittels der als Befestigungselemente dienenden Stützen 27 ist die zylindri¬ sche Hülse 26 mit dem Speichen-/Nabenbereich des Lenkrades verbunden. Oberhalb der Hülse 26 befindet sich das ebenfalls zylindrische Gehäuse 20, das einen etwas geringeren Durchmesser als die Hülse 26 aufweist, und in diese hineinragt. Das Gehäuse 20 und die Hülse 26 sind über die Druckfeder 28 miteinander verbunden, die sich vom Boden 22 des Gehäuses 20 bis zur Unterseite 26a der Hülse erstreckt. Innerhalb des Gehäuses 20 befindet sich die Gasgenerator-Einheit 12 mit Ausströmöffnungen 12a und der Gassack 10. Im Ruhezustand ist das Gehäuse 20 mit der Abdeckung 14 verschlossen.

Gehäuse 20 und Hülse 26 bilden zusammen die Ventilanordnung, wobei das Gehäuse 20 ein erster Abschnitt ist, der mit dem Gassack in Verbindung steht, und Hülse 26 über die Stützen 27 starr mit dem Lenkrad verbunden ist. In der Mantelfläche des Gehäuses 20 sind Abströmöffnungen 24 angeordnet, die je nach axialer Position des Gehäuses 20 gegenüber der Hülse 26 mehr oder weniger stark von der Hülse 26 abgedeckt werden. Aufgrund der Druckfeder 28 hängt die axiale Position des Gehäuses 20 gegenüber der Hülse 26 von der auf das Gehäuse 20 ausgeübten Kraft ab. Die Geometrie kann so gewählt sein, dass eine teilweise Überdeckung der Abströmöffnun¬ gen 24 schon bei der ersten Krafteinleitung stattfindet, oder so, dass zu¬ nächst ein gewisser Federweg zurückgelegt werden muss, bevor eine Quer¬ schnittsverengung auftritt. Das heißt, es muss zunächst eine erste Grenzkraft überwunden werden. Weiterhin kann die Geometrie so gewählt sein, dass ab einer gewissen zweiten Grenzkraft die Abströmöffnungen 24 völlig blockiert sind, oder die Geometrie kann so gewählt sein, dass in jedem Fall ein gewis¬ ser Querschnitt offen bleibt. Die Funktionsweise der Ventilanordnung kann man gut anhand der Figuren 2 und 3 sehen. Im Falle eines Unfalls wird der Gassack 10 von der Gasgene¬ rator-Einheit 12 aufgeblasen und legt sich vor den Lenkradkranz 30. Auf- grund der Kraft der Druckfeder 28 befindet sich das Gehäuse 20 in seiner gegenüber der Hülse 26 entferntesten Position. Hierbei sind die Abströmöff¬ nungen 24 vollständig offen.

Fällt nun, wie in Figur 3 dargestellt, der Insasse in den Gassack 10, so wird über den Gassack 10 Kraft in das Gehäuse 20 eingeleitet. Diese Kraft wird zumindest teilweise über die Druckfeder 28 auf die Hülse 26 übertragen, so dass die in den Figuren 2 und 3 nicht dargestellte Druckfeder 28 zusammen¬ gedrückt wird. Der Federweg ist hierbei proportional zur zwischen Gehäuse 20 und Hülse 26 herrschenden Kraft. Entsprechend dem Federweg werden die Abströmöffnungen 24 von der Hülse 26 mehr oder weniger abgedeckt, so dass mit steigender Kraft der effektive Querschnitt zunehmend verengt wird, der Gassack wird also härter. Die Querschnittsverengung hängt hierbei nur von der vom Insassen auf den Gassack 10 übertragenen Kraft und nicht vom Innendruck des Gassacks ab, wodurch die erfindungsgemäße Verbesserung erzielt wird.

Die Figuren 4 bis 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungs¬ gemäßen Gassack-Einheit. Auch hier ist innerhalb des Lenkradkranzes 30 die Gassack-Einheit angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Speichen 32 elastisch an der Nabe 34 angeordnet, oder die Speichen 32 sind selbst elastisch. Wie im ersten Ausführungsbeispiel auch, ist der Gas¬ sack 10 und die Gasgenerator-Einheit 12 in einem Gehäuse 20 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel jedoch ist das Gehäuse 20 über die als Befe¬ stigungselemente dienenden Stützen 27 direkt starr mit der Nabe 34 des Lenkrades verbunden. In Bezug auf die Ventilanordnung ist das Gehäuse 20 hier der zweite Ab¬ schnitt. Der erste Abschnitt ist ein axial verschieblich auf dem Gehäuse 20 angeordneter Ring 29, der über Zugbänder 36 mit den Speichen 32 des Lenkrades verbunden ist. Die Mantelfläche des Gehäuses 20 weist die Ab- Strömöffnungen 24 auf, die je nach axialer Position des Ringes 29 von die¬ sem ganz oder teilweise abgedeckt werden.

Wie man anhand Figur 5 sieht, wird der Ring 29 in Richtung der Nabe 34 bewegt, wenn Kraft auf den Lenkradkranz 30 ausgeübt wird. Hierbei wird der Ring 29 über die Abströmöffnungen 24 geschoben, so dass deren effektiver Querschnitt verringert wird.

Die Wirkungsweise sieht man anhand Figur 6: Der expandierte Gassack 10 liegt auf dem Lenkradkranz 30 auf. Fällt nun der Insasse in den Gassack 10, wird ein Teil der vom Insassen auf den Gassack 10 übertragenen Kraft in den Lenkradkranz 30 und von diesem über die Speichen 32 in die Nabe 34 eingeleitet. Aufgrund der elastischen Anordnung der Speichen 32 an der Na¬ be 34 werden Lenkradkranz 30 und Speichen 32 hierbei in Richtung der Na¬ be gedrückt. Diese Bewegung wird von den Zugbändern 26 auf den Kranz 29 übertragen, wodurch dieser die Abströmöffnungen 24 zunehmend abdeckt. Man sieht also, dass auch hier mit zunehmender Krafteinleitung vom Insas¬ sen auf den Gassack 10 der effektive Querschnitt der Abströmöffnungen ver¬ kleinert und der Gassack 10 somit härter gemacht wird.

Die beiden bisherigen Ausführungsbeispiele zeigen Ausführungsformen der Erfindung, die passiv mechanisch arbeiten. Es wird hier jeweils erreicht, dass mit wachsender Krafteinwirkung auf den Gassack die Abströmöffnungen ver¬ engt werden. Das erfindungsgemäße Prinzip kann jedoch auch auf Systeme angewendet werden, bei denen die Beeinflussung des Gassacks aktiv er- folgt. Hier bieten sich insbesondere elektronisch arbeitende Systeme an, bei denen beispielsweise unter Zuhilfenahme einer Steuerelektronik der effektive Querschnitt eines elektromagnetisch betätigten Ventils verändert, eine zweite Stufe eines Gasgenerators gezündet oder nicht gezündet, oder Halterungs¬ elemente für Fangbänder abgesprengt werden. All diesen Lösungen ist ge¬ meinsam, dass zunächst in Abhängigkeit der Krafteinleitung in den Gassack durch den Insassen ein elektrisches Signal generiert oder verändert werden muss und die Steuereinheit hieraus ein Steuersignal erzeugt. Ein Beispiel wie dies erreicht werden kann, ist schematisch in Figur 7 dargestellt:

Der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels entspricht in vielen Teilen demjeni¬ gen des in Figur 5 Gezeigten. Auch hier ist das Gehäuse 20 der Gassack- Einheit mit den beweglichen Speichen 32 des Lenkrades verbunden. Zur Verbindung dienen hier elastische Bänder 38, die, da ihre Enden jeweils an fixen Punkten vom Gehäuse 20 bzw. Speiche 32 befestigt sind, sich bei Ein¬ leitung von Kraft in den Lenkradkranz 30 dehnen. Ein erster Abschnitt jedes elastischen Bandes 38 steht somit mit dem gefüllten Gassack in Verbindung, während ein zweiter Abschnitt über das Gehäuse und die Stützen 27 starr mit der Nabe verbunden ist. Da auch hier, wie im oben gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel, der gefüllte Gassack 10 auf dem Lenkradkranz 30 auf¬ liegt, führt eine durch den Insassen in den Gassack 10 eingeleitete Kraft zu einer Dehnung der elastischen Bänder 38.

Auf wenigstens einem der elastischen Bänder 38 ist ein Dehnungsmess¬ streifen 40 derart angeordnet, dass er sich bei sich dehnendem elastischen Band 38 mitdehnt. Der Dehnungsmessstreifen 40 hat zwei Anschlüsse A,B, die mit dem Signaleingang 46 der Steuerelektronik 42 verbunden sind. Die Steuerelektronik 42 verfügt weiterhin über ein Netzanschluss 44 zum An- schluss an das elektrische Bördnetz des Fahrzeugs und über einen Signal¬ ausgang 48, mit dem beispielsweise ein elektromagnetisch arbeitendes Ven¬ til oder ein Gasgenerator angesteuert werden kann.

Eine Variation des eben Beschriebenen ist in Figur 8 dargestellt. Hier ist ein Kraftsensor 41 in dem Bereich angeordnet, an dem die Nabe 34 an der Lenksäule 35 befestigt ist. Der Kraftsensor 41 ist mit dem Signaleingang 26 der Steuerelektronik 42 verbunden. Da sich das Lenkrad ausschließlich an der Lenksäule abstützt, wird vom Kraftsensor in diesem Ausführungsbeispiel die Gesamtkraft gemessen, die vom Insassen über den Gassack auf das Lenkrad eingeleitet wird.

Um die Belastung eines sich nicht in Standard-Sitzposition befindenden In¬ sassen (Out of position) durch den Gassack zu vermindern, kann eine me¬ chanische oder elektronische Steuerung vorgesehen sein, die bewirkt, dass dann, wenn zu einem sehr frühen Zeitpunkt eine große Krafteinleitung in den Gassack stattfindet, keine Verkleinerung des Querschnitts der Abströmöff¬ nung erfolgt, oder diese sogar vergrößert wird. Bei einer mechanischen Lö¬ sung kann dies dadurch erreicht werden, dass bei Auslösen des Gassacks die Abdeckung für die Abströmöffnungen für eine gewisse Zeit blockiert wird.

Die erfindungsgemäße Gassack-Einheit wurde anhand von Ausführungsbei¬ spielen für einen Fahrer-Gassack erläutert, es ist jedoch klar, dass das erfin¬ dungsgemäße Prinzip, insbesondere gemäß des ersten Ausführungsbei¬ spiels, auf einen Beifahrer-Gassack angewendet werden kann. Bezugszeichenliste

10 Gassack 12 Gasgenerator-Einheit 12a Ausströmöffnungen 14 Abdeckung 20 Gehäuse 22 Boden 24 Abströmöffnung 26 Hülse 27 Stütze 28 Druckfeder 30 Lenkradkranz 32 Speiche 32a beweglicher Abschnitt 34 Nabe 35 Lenksäule 36 Zugband 38 elastisches Band 40 Dehnungsmessstreifen 41 Kraftsensor 42 Steuerelektronik 44 Netzanschluss 46 Signaleingang 48 Signalausgang