Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeug-Sicherheitsvorrichtung.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Derartige Schwierigkeiten lassen sich überwinden, indem das aufblasbare Element durch einen Wirkvorgang hergestellt wird.

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.

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.

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.

Die vorliegende Erfindung will ein aufblasbares Element schaffen, das den Anforderungen einer Spannung erzeugenden schlauchförmigen Anordnung entsprechend funktioniert.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden eine Ausführungsform von dieser lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben; darin zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist; und

2 eine schematische Darstellung zur Unterstützung der Erläuterung der Variation des Garnmaterialwinkels beim Aufblasvorgang.

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.

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.

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.

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 Passage 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.

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.

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.

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.