DE10146074A1 - Gas generators for low-slag gas sets for automotive safety - Google Patents

Gas generators for low-slag gas sets for automotive safety

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere für einen Airbag, mit zwei konzentrisch ineinander angeordneten Rohren (9, 10), wobei das Innenrohr (10) die Brennkammer bildet, den Brennstoff (3) enthält und mit einer Deckelplatte (11) und einer Abschlussplatte (2) verschlossen ist. DOLLAR A Damit dieser Gasgenerator speziell für die Verwendung von Lachgas geeignet ist, wird vorgeschlagen, DOLLAR A - dass die Deckelplatte (11) mit der Abschlussplatte (12) über ein sich durch die Brennkammer erstreckendes Anzündrohr (7) verbunden ist, DOLLAR A - dass in der Deckelplatte (11) ein Anzündelement (1) angeordnet ist, dessen Auslassöffnung für die Anzündgase mit dem Anzündrohr (7) in Verbindung steht, DOLLAR A - dass im Anzündrohr (7) ein längsverschiebbarer Kolben (2) angeordnet ist, DOLLAR A - dass im Anzündrohr (7) radiale Öffnungen (6) zur Brennkammer angeordnet sind und DOLLAR A - dass das Anzündrohr (7) in der Abschlussplatte (12) mit einem Auslass verbunden ist.The invention relates to a gas generator, in particular for an airbag, with two tubes (9, 10) arranged concentrically one inside the other, the inner tube (10) forming the combustion chamber, containing the fuel (3) and having a cover plate (11) and an end plate ( 2) is closed. DOLLAR A - so that this gas generator is especially suitable for the use of laughing gas, DOLLAR A - that the cover plate (11) is connected to the end plate (12) via an ignition tube (7) extending through the combustion chamber an ignition element (1) is arranged in the cover plate (11), the outlet opening for the ignition gases is connected to the ignition tube (7), DOLLAR A - that a longitudinally displaceable piston (2) is arranged in the ignition tube (7), DOLLAR A - that radial openings (6) to the combustion chamber are arranged in the ignition tube (7) and DOLLAR A - that the ignition tube (7) in the end plate (12) is connected to an outlet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a gas generator according to the preamble of the claim 1.

Gasgeneratoren, vorwiegend mit Feststoff - Gassätzen in Form von Tabletten, werden insbesondere zum Aufblasen von Airbags für die Kraftfahrzeugsicherheit benötigt, z. B. für Fahrer-, Beifahrer- oder als Seitenairbag. Diese sind in Kraft­ fahrzeugen eingebaut und wesentlicher Bestandteil der Fahrzeugsicherheit.Gas generators, mainly with solid gas sets in the form of tablets, are used in particular for inflating airbags for automotive safety needed, e.g. B. for driver, front passenger or as a side airbag. These are in effect vehicles installed and an integral part of vehicle safety.

Bei den derzeit verwendeten Gasgeneratoren für aufblasbare Aufprallkissen wird als brennbares gasentwickelndes Material ein Gassatz in Tabletten-, Scheiben­ form oder als Granulat verwendet. Beim Abbrand erzeugt dieser Gassatz das Nutz- oder Druckgas zum Aufblasen des Aufprallkissens. Der Nachteil bei der Verbrennung fester gasentwickelnder Materialien besteht in dem recht hohen bei der Verbrennung entstehenden Schlackenanteil, der mehr als 50% der einge­ setzten Gassatzmasse ausmachen kann. Aufgrund der Schlacke- und Staubbil­ dung bei der Verbrennung sind aufwendige Filterstufen im Gasgenerator erfor­ derlich, um Schlacke- und Staubpartikel zurückzuhalten. Andernfalls würde beim Austritt dieser Partikel das Aufprallkissen beschädigt und die Insassen können in Gefahr gebracht werden.In the gas generators currently used for inflatable impact cushions as a flammable gas-developing material, a gas set in tablets, discs form or used as granules. When burned, this gas set creates that Commercial or compressed gas to inflate the impact cushion. The disadvantage with Combustion of solid gas-generating materials consists in the quite high at the incineration slag fraction, which is more than 50% of the set gas mass can make up. Due to the slag and dust balance Burning requires complex filter stages in the gas generator necessary to retain slag and dust particles. Otherwise, the If these particles escape, the impact cushion is damaged and the occupants can get in Danger.

Als Alternative zu diesen Gassätzen existieren Generatoren mit komprimierten Gasen oder Luft. Zur Bildung eines ausreichenden Gasvolumens sind sehr hohe Ladedrücke erforderlich, da beim Abströmen der Gase eine Abkühlung stattfindet und kein Volumengewinn durch exotherme Reaktionen wie bei Feststoffmischun­ gen erzielt wird. Zur Kompensation der Abkühlung wird häufig ein Festbrenn­ treibstoff verwendet, der durch die Wärmetönung bei seinem Abbrand und die zusätzliche Gasentwicklung erst die Funktion dieses Gasgenerators sicherstellt. As an alternative to these gas sets, there are generators with compressed ones Gases or air. To form a sufficient gas volume are very high Boost pressures are required as cooling takes place as the gases flow away and no volume gain through exothermic reactions as with solid mixtures gene is achieved. A solid burn is often used to compensate for the cooling fuel used by the heat when it burns up and the additional gas development only ensures the function of this gas generator.  

Die vorliegende Erfindung beschreibt solche Gasgeneratoren für den Einsatz im Fahrzeuginneren für die Befüllung von Gassäcken, die dem Insassenschutz die­ nen. Der Gasgenerator zeichnet sich dabei durch die Verwendung von Distickstoffmonoxid (Lachgas) als Oxidationsmittel und verschiedenen organi­ schen Substanzen wie beispielsweise Polyethylen, Stärke oder Paraffinwachs als Brennstoff aus. Dieser gaserzeugende Stoff wurde bereits in der WO 00/48 967 beschrieben.The present invention describes such gas generators for use in Interior of the vehicle for filling gas bags to protect the occupant NEN. The gas generator is characterized by the use of Nitrous oxide (laughing gas) as an oxidizing agent and various organi substances such as polyethylene, starch or paraffin wax as Fuel out. This gas-generating substance was already described in WO 00/48 967 described.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasgenerator, insbesondere für einen Airbag mit zwei konzentrisch ineinander angeordneten Rohren, wobei das Innenrohr die Brennkammer bildet, den Brennstoff enthält und mit einer Deckel­ platte und einer Abschlussplatte verschlossen ist, so weiter zu bilden, dass er speziell für die Verwendung von Lachgas als gaserzeugenden Stoff geeignet ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
The invention has for its object a gas generator, in particular for an airbag with two concentrically arranged tubes, the inner tube forming the combustion chamber, containing the fuel and closed with a cover plate and an end plate, so that it is special is suitable for the use of nitrous oxide as a gas-generating substance. According to the invention, this object is achieved by

  • - dass die Deckelplatte mit der Abschlussplatte über ein sich durch die Brennkammer erstreckendes Anzündrohr verbunden ist,- That the cover plate with the end plate over a through the Combustion chamber extending ignition tube is connected,
  • - dass in der Deckelplatte ein Anzündelement angeordnet ist, dessen Aus­ lassöffnung für die Anzündgase mit dem Anzündrohr in Verbindung steht,- That an ignition element is arranged in the cover plate, the off the opening for the ignition gases is connected to the ignition tube,
  • - dass im Anzündrohr ein längsverschiebbarer Kolben angeordnet ist,That a longitudinally displaceable piston is arranged in the ignition tube,
  • - dass im Anzündrohr radiale Öffnungen zur Brennkammer angeordnet sind und- That radial openings to the combustion chamber are arranged in the ignition tube and
  • - dass das Anzündrohr in der Abschlussplatte mit einem Auslass verbunden ist.- That the ignition tube in the end plate is connected to an outlet is.

In bevorzugter Ausführungsform ist in der Abschlussplatte ein Auslassraum an­ geordnet, in den der Auslass des Anzündrohrs mündet und ist der Auslassraum über Ausblasöffnungen mit einem zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr angeordneten Nachverbrennungsraum verbunden.In a preferred embodiment, there is an outlet space in the end plate ordered, into which the outlet of the ignition tube opens and is the outlet space via blow-out openings with one between the outer tube and the inner tube arranged afterburning room connected.

Der Kolben ist zur definierten Bewegungssteuerung bevorzugt über eine Abriss­ kante mit der Deckelplatte verbunden.For defined movement control, the piston is preferably torn off edge connected to the cover plate.

Damit der Kolben nach der Anzündung und Durchlaufen des Anzündrohrs nicht die Ausblasöffnungen verstopft, ist in bevorzugter Ausführungsform im Auslass­ raum in Strömungsrichtung hinter den Ausblasöffnungen ein Aufnahmebereich für den Kolben angeordnet. In diesem Aufnahmebereich kann ein Auffangelement für den Kolben angeordnet sein.So that the piston does not fire after igniting and passing through the ignition tube the outlet openings are blocked, in a preferred embodiment is in the outlet space in the flow direction behind the blow-out openings arranged for the piston. A collecting element can be placed in this receiving area be arranged for the piston.

Zur gleichmäßigeren Anzündung des Brennstoffes nimmt vorteilhafterweise die Anzahl der radialen Öffnungen im Anzündrohr zum Auslassraum hin zu. Ebenso kann auch die Größe der Öffnungen zunehmen.For more uniform ignition of the fuel, the Number of radial openings in the ignition tube towards the outlet space. As well the size of the openings can also increase.

Im Außenrohr sind Austrittsöffnungen vorgesehen, durch die das Gas den Gas­ generator verlassen kann.Outlet openings are provided in the outer tube, through which the gas passes the gas generator can leave.

Bevorzugt sind die Austrittsöffnungen und die Ausblasöffnungen über eine Membran verschlossen, wobei nach der Anzündung des Anzündelements der Kolben durch seine Bewegung die Membran an den Ausblasöffnungen abreißt.The outlet openings and the outlet openings are preferred via a Diaphragm closed, the after the ignition of the igniter Piston tears off the membrane at the discharge openings due to its movement.

Zur Kühlung des ausströmenden Gases sind bevorzugt im Nachverbrennungs­ raum Kühlelemente angeordnet.To cool the outflowing gas are preferably in the post-combustion space cooling elements arranged.

Erfindungsgemäß eignet sich dieser Gasgenerator bevorzugt für einen Brennstoff aus Distickstoffmonoxid (Lachgas) als Oxidationsmittel und verschiedenen orga­ nischen Substanzen wie beispielsweise Polyethylen, Stärke oder Paraffinwachs. According to the invention, this gas generator is preferably suitable for a fuel from nitrous oxide (laughing gas) as an oxidizing agent and various orga African substances such as polyethylene, starch or paraffin wax.  

Gegenüber dem bisherigen Stand der Technik auf Basis von Feststoffen in Form von Tabletten hat diese Lösung den Vorteil des geringeren Feststoffausstoßes nach dem Abbrand des Gassatzes. Dieses Merkmal gewinnt zunehmend an Be­ deutung durch Sicherheitsaspekte in Bezug auf die Fahrzeuginsassen, insbe­ sondere solchen mit gesundheitlichen Problemen, wie sie bei Auslösen der Ge­ neratoren bei Asthmatikern auftreten können.Compared to the prior art based on solids in the form of tablets, this solution has the advantage of lower solids emissions after the gas set burns down. This characteristic is becoming increasingly popular interpretation by safety aspects in relation to the vehicle occupants, esp especially those with health problems, such as when triggering the Ge nerators can occur in asthmatics.

Der erfindungsgemäße Gasgenerator ist in der einzigen Figur dargestellt. Er kann aus den aufgezeigten Komponenten bestehen mit den Hauptmerkmalen Zonenanzündung, Ventilsteuerung, Brennstoffträger und Nachverbrennungsvo­ lumen zur Kühlung.The gas generator according to the invention is shown in the single figure. He can consist of the components shown with the main features Zone ignition, valve control, fuel carrier and afterburning vo lumen for cooling.

Der Gasgenerator besteht aus einem Außenrohr 9 mit radialen Austrittsöffnungen 8 in dem konzentrisch ein Innenrohr 10 angeordnet ist. Das Innenrohr 10 ist mit einer Deckelplatte 11 und einer Abschlussplatte 12 an seinen beiden Enden ver­ schlossen. Deckelplatte 11 und Abschlussplatte 12 sind über ein Anzündrohr 7 miteinander verbunden.The gas generator consists of an outer tube 9 with radial outlet openings 8 in which an inner tube 10 is arranged concentrically. The inner tube 10 is closed with a cover plate 11 and an end plate 12 at both ends ver. Cover plate 11 and end plate 12 are connected to one another via an ignition tube 7 .

In der Deckelplatte 11 ist ein Anzündelement 1 eingelassen, welches mit seinem Auslass für die Anzündgase mit dem Anzündrohr 7 in Verbindung steht.An ignition element 1 is inserted in the cover plate 11 and is connected to the ignition tube 7 by its outlet for the ignition gases.

Im Anzündrohr 7 ist ein Kolben 2 eingesetzt, der über eine Abrisskante 14 mit der Deckelplatte 11 verbunden ist. Der Kolben 2 kann über O-Ringe bzw. Dichtungs­ ringe an der Innenwand des Anzündrohr 7 anliegen.In the ignition tube 7 , a piston 2 is inserted, which is connected to the cover plate 11 via a tear-off edge 14 . The piston 2 can rest on the inner wall of the ignition tube 7 via O-rings or sealing rings.

In der Abschlussplatte 12 ist ein Auslassraum 13 vorgesehen, in den das An­ zündrohr 7 mündet. Dieser Auslassraum 13 ist über Ausblasöffnungen mit dem Nachverbrennungsraum 5 zwischen Außenrohr 9 und Innenrohr 10 verbunden.In the end plate 12 , an outlet space 13 is provided, into which the ignition tube 7 opens. This outlet space 13 is connected to the afterburning space 5 between the outer tube 9 and inner tube 10 via blow-out openings.

In Strömungsrichtung hinter den Ausblasöffnungen 4 ist im Auslassraum ein Auf­ nahmebereich 15 für den Kolben 2 vorgesehen. In the flow direction behind the blow-out openings 4 , a receiving area 15 for the piston 2 is provided in the outlet space.

Im Nachverbrennungsraum 5 sind Kühlelemente 16 angeordnet.Cooling elements 16 are arranged in the afterburning chamber 5 .

Das Funktionsprinzip ist wie folgt:
Nach Anzündung beispielsweise durch elektrische Anzündelemente 1 wie in EP 0 618 424 B1 beschrieben, mit z. B. SINCO als Verstärkungsladung wie in EP 0 809 616 A1 beschrieben und mit der thermischen Sicherung wie in EP 0 914 305 A1 beschrieben, wird ein Kolben 2 bewegt, der zum einen Öffnun­ gen 6 stufenweise freigibt, wodurch eine Zonenanzündung des Brennstoff/Oxi­ dationsmittel-Gemisches 3 ermöglicht wird. Der Brennstoff 3 ist idealerweise ringförmig um das Anzündrohr 7 angeordnet, wobei der Brennstoff beispielsweise auf Edelstahlnetzen aufgebracht ist oder es sich um verbrennbare Materialien z. B. in Form von Gewebe aus voll verbrennbaren Fasern wie z. B. Cellulose handelt. Eine weitere Funktion des Kolbens ist abschließend das Aufstanzen der Ausblasöffnungen 4. Durch geeignete Wahl von z. B. Kolbenmasse, Weglänge oder Anzündleistung kann das Öffnen gesteuert werden. Nach Öffnung treten die Verbrennungsgase in ein Nachverbrennungsvolumen 5 ein. Hier kann durch ge­ eignete Maßnahmen wie Einbringen von Drahtgebinden, Keramikträgern oder verdampfbaren oder thermisch zersetzbaren Substanzen wie z. B. Carbonaten, Oxalsäure, Oxalaten u. a. m. eine effektive Kühlung erreicht werden.The principle of operation is as follows:
After ignition, for example by electrical ignition elements 1 as described in EP 0 618 424 B1, with e.g. B. SINCO as a booster charge as described in EP 0 809 616 A1 and with the thermal fuse as described in EP 0 914 305 A1, a piston 2 is moved, which releases on the one hand openings 6 gradually, whereby zone ignition of the fuel / oxi dationsmittel Mix 3 is made possible. The fuel 3 is ideally arranged in a ring around the ignition tube 7 , the fuel being applied, for example, to stainless steel nets or being combustible materials such. B. in the form of tissue made of fully combustible fibers such. B. is cellulose. Another function of the piston is finally to punch out the blow-out openings 4 . By appropriate choice of z. B. piston mass, path length or ignition power, the opening can be controlled. After opening, the combustion gases enter a post-combustion volume 5 . Here can by appropriate measures such as introducing wire containers, ceramic supports or evaporable or thermally decomposable substances such. B. carbonates, oxalic acid, oxalates, etc. effective cooling can be achieved.

Die Öffnungen 6 im Anzündrohr 7 können vorteilhafterweise in Richtung zu den Ausblasöffnungen 4 hin in dichterem Abstand angeordnet werden, wodurch eine gleichmäßigere Anzündung des Brennstoffes 3 zu erreichen ist.The openings 6 in the ignition tube 7 can advantageously be arranged closer to the blow-out openings 4 , as a result of which a more uniform ignition of the fuel 3 can be achieved.

Die Austrittsöffnungen 8 sowie die Ausblasöffnungen 4 können mit einer Memb­ ran verschlossen sein.The outlet openings 8 and the outlet openings 4 can be closed with a membrane.

Claims (10)

1. Gasgenerator, insbesondere für einen Airbag, mit zwei konzentrisch inein­ ander angeordneten Rohren (9, 10), wobei das Innenrohr (10) die Brenn­ kammer bildet, den Brennstoff (3) enthält und mit einer Deckelplatte (11) und einer Abschlussplatte (12) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Deckelplatte (11) mit der Abschlussplatte (12) über ein sich durch die Brennkammer erstreckendes Anzündrohr (7) verbunden ist,
dass in der Deckelplatte (11) ein Anzündelement (1) angeordnet ist, dessen Auslassöffnung für die Anzündgase mit dem Anzündrohr (7) in Verbindung steht,
dass im Anzündrohr (7) ein längsverschiebbarer Kolben (2) angeordnet ist,
dass im Anzündrohr (7) radiale Öffnungen (6) zur Brennkammer angeordnet sind und
dass das Anzündrohr (7) in der Abschlussplatte (12) mit einem Auslass ver­ bunden ist.1. Gas generator, in particular for an airbag, with two concentrically arranged in one another tubes ( 9 , 10 ), the inner tube ( 10 ) forming the combustion chamber, containing the fuel ( 3 ) and with a cover plate ( 11 ) and an end plate ( 12 ) is closed, characterized in that
that the cover plate ( 11 ) is connected to the end plate ( 12 ) via an ignition tube ( 7 ) extending through the combustion chamber,
that an ignition element ( 1 ) is arranged in the cover plate ( 11 ), the outlet opening for the ignition gases is connected to the ignition tube ( 7 ),
that a longitudinally displaceable piston ( 2 ) is arranged in the ignition tube ( 7 ),
that radial openings ( 6 ) to the combustion chamber are arranged in the ignition tube ( 7 ) and
that the ignition tube ( 7 ) in the end plate ( 12 ) is connected to an outlet. 2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ab­ schlussplatte (12) ein Auslassraum (13) angeordnet ist, in den der Auslass des Anzündrohrs (7) mündet und der Auslassraum (13) über Ausblasöff­ nungen (4) mit einem zwischen dem Außenrohr (9) und dem Innenrohr (10) angeordneten Nachverbrennungsraum (5) verbunden ist.2. Gas generator according to claim 1, characterized in that in the end plate ( 12 ) from an outlet space ( 13 ) is arranged, in which the outlet of the ignition tube ( 7 ) opens and the outlet space ( 13 ) via Ausblasöff openings ( 4 ) with a post-combustion chamber ( 5 ) arranged between the outer tube ( 9 ) and the inner tube ( 10 ). 3. Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) über eine Abrisskante (14) mit der Deckelplatte (11) verbunden ist. 3. Gas generator according to claim 1 or 2, characterized in that the piston ( 2 ) via a tear-off edge ( 14 ) is connected to the cover plate ( 11 ). 4. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Auslassraum (13) in Strömungsrichtung hinter den Ausblasöffnun­ gen (4) ein Aufnahmebereich (15) für den Kolben (2) angeordnet ist.4. Gas generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that a receiving area ( 15 ) for the piston ( 2 ) is arranged in the outlet space ( 13 ) in the flow direction behind the blow-out openings gene ( 4 ). 5. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der radialen Öffnungen (6) im Anzündrohr (7) zum Auslass­ raum (13) hin zunimmt.5. Gas generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the number of radial openings ( 6 ) in the ignition tube ( 7 ) to the outlet space ( 13 ) increases. 6. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Außenrohr (9) Austrittsöffnungen (8) angeordnet sind.6. Gas generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that outlet openings ( 8 ) are arranged in the outer tube ( 9 ). 7. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (8) und die Ausblasöffnungen (4) über eine Membran verschlossen sind.7. Gas generator according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet openings ( 8 ) and the blow-out openings ( 4 ) are closed by a membrane. 8. Gasgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Anzündung des Anzündelements (1) der Kolben (2) die Ausblasöffnungen (4) aufreißt.8. Gas generator according to claim 7, characterized in that after the ignition of the ignition element ( 1 ) the piston ( 2 ) tears open the blow-out openings ( 4 ). 9. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass im Nachverbrennungsraum (5) Kühlelemente (16) an­ geordnet sind.9. Gas generator according to one of the preceding claims, characterized in that in the afterburning chamber ( 5 ) cooling elements ( 16 ) are arranged. 10. Brennstoff zur Verwendung in einem Gasgenerator nach einem der Ansprü­ che 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff (3) aus Distickstoffmonoxid (Lachgas) als Oxidationsmittel und verschiedene orga­ nischen Substanzen wie beispielsweise Polyethylen, Stärke oder Paraffin­ wachs besteht.10. Fuel for use in a gas generator according to one of claims 1 to 9, characterized in that the fuel ( 3 ) consists of nitrous oxide (laughing gas) as an oxidizing agent and various organic substances such as polyethylene, starch or paraffin wax.
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