DE102004046909A1

DE102004046909A1 - Gasgenerator, Gehäuse eines solchen Gasgenerators und Verfahren zur Einstellung der Abbrandgeschwindigkeit eines Treibsatzes in einem solchen Gasgenerator

Info

Publication number: DE102004046909A1
Application number: DE200410046909
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Chem. Schmid; Peter Scholz; Norbert Dr. Eisenreich
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2006-03-30

Abstract

Es wird ein Gasgenerator mit einem Gehäuse mit wenigstens einer Brennkammer zur Aufnahme eines pyrotechnischen Satzes und mit wenigstens einer mit dem pyrotechnischen Satz wirkverbundenen Anzündeinheit vorgeschlagen. Das Gehäuse des Gasgenerators umfaßt wenigstens zwei Gehäuseteile. Um für eine Einstellung der Abbrandgeschwindigkeit des pyrotechnischen Satzes je nach chemischer Zusammensetzung bzw. je nach Einsatzzweck des Gasgenerators zu sorgen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Gehäuseteile mit Durchbrüchen versehen sind, wobei die Durchbrüche durch Verstellen der Anordnung der Gehäuseteile relativ zueinander in unterschiedliche Deckung miteinander bringbar sind. Auf diese Weise ist der Querschnitt der durch die überlappenden Durchbrüche gebildeten Öffnungen des Gehäuses veränderbar, so daß der Druck und hiermit verbunden die Temperatur und somit die Abbrandrate des pyrotechnischen Satzes individuell eingestellt werden kann. Die Erfindung betrifft ferner ein Gehäuse eines Gasgenerators der vorgenannten Art sowie ein Verfahren zur Einstellung der Abbrandgeschwindigkeit des in einem solchen Gasgeneratorgehäuse untergebrachten pyrotechnischen Satzes.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator mit einem Gehäuse mit wenigstens einer Brennkammer zur Aufnahme eines pyrotechnischen Satzes und mit wenigstens einer mit dem pyrotechnischen Satz wirkverbundenen Anzündeinheit, wobei das Gehäuse wenigstens zwei Gehäuseteile umfaßt. Sie ist ferner auf ein Gehäuse eines solchen Gasgenerators sowie auf ein Verfahren zur Einstellung der Abbrandgeschwindigkeit wenigstens eines pyrotechnischen Satzes in einem derartigen Gasgenerator gerichtet.

Gasgeneratoren der vorgenannten Art sind bekannt und finden insbesondere in der Automobilindustrie, z.B. zur Auslösung von Gaskissen (Airbags) oder zum Straffen der Sicherheitsgurte im Kollisionsfall, verbreitet Verwendung. Sie lassen sich ferner beispielsweise zum Schutz von Objekten einsetzen, indem das beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes entstehende Gas in eine kollabierte Hülle unter Expansion derselben eingeleitet wird, so daß die aufgeblasene Hülle zumindest vorübergehend eine Barriere bildet (WO 03/029580 A1). Überdies kommen Gasgeneratoren z.B. in Aerosol-Erzeugern für Feuerlöscher, Treibgaskartuschen (z.B. in der Sprengtechnik) oder Antriebsmodulen von Raumflugkörpern, wie Raketen, zum Einsatz.

Insbesondere beim Einsatz von Gasgeneratoren im zivilen Bereich ist es aus Sicherheitsgründen von großer Bedeutung, die Umsetzungsrate der beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes bzw. Treibsatzes vonstatten gehenden chemischen Reaktion exakt an die individuellen Erfordernisse einzustellen. So muß z.B. die Abbrandgeschwindigkeit bei einem zur Expansion eines Airbags verwendeten Gasgenerator so eingestellt werden, daß bei dem schnellen Abbrand des pyrotechnischen Satzes zwar Verletzungen der Fahrzeuginsassen vermieden werden (d.h. die Abbrandgeschwindigkeit darf nicht zu groß sein), während zugleich jedoch sichergestellt sein muß, daß der Airbag beim Aufprall der Insassen auf demselben bereits unmittelbar nach dem Kollisionsfall mit dem freigesetzten Treibgas prall gefüllt ist, um die auf die Insassen wirkenden Stoßkräfte so weit möglich zu absorbieren (d.h. die Abbrandgeschwindigkeit darf nicht zu gering sein). Folglich muß der pyrotechnische Satz des Gasgenerators während des Abbrandes die zur Befüllung des Airbags vorgesehenen Gase innerhalb eines nur sehr kurzen Zeitintervalls im Millisekundenbereich, z.B. innerhalb von etwa 30 ms, freigesetzt haben.

Zum Erzielen der optimalen Schutzfunktion von Airbags erfordert jeder Fahrzeugtyp ein individuell angepaßtes Airbagsystem einschließlich der zugehörigen Gasgeneratoren. Entsprechendes gilt für die Gasgeneratoren der verschiedenen Airbags, welche an unterschiedlichen Stellen im Kraftfahrzeug zum Schutz dessen Insassen vor Stoßverletzungen vorgesehen sind, z.B. am Armaturenbrett, wie Fahrer- und Beifahrer-Airbag, im seitlichen Kopf- und Beckenbereich der Fahrzeuginsassen, z.B. sogenannte Sidebags, etc., da sich die verschiedenen Airbagtypen insbesondere hinsichtlich ihrer Gasvolumina und ihrer Aufblascharakteristik unterscheiden und somit individuell angepaßte Gasgeneratoren erfordern. Überdies ist selbst die Aufblascharakteristik eines jeweiligen Airbagtyps gemäß der individuell geforderten Aufblascharakteristik einzustellen.

Die individuelle Einstellung der Aufblascharakteristik geschieht durch Anpassung der Umsetzungsrate bzw. der Abbrandgeschwindigkeit des in dem zugehörigen Gasgeneratorgehäuse untergebrachten pyrotechnischen Satzes. Hierzu ist es einerseits möglich, durch entsprechende Auswahl der Zusammensetzung bzw. der chemischen Komponenten des pyrotechnischen Satzes die chemische Grundreaktivität voreinzustellen. Andererseits lassen sich die wirksamen Oberflächen des pyrotechnischen Satzes durch dessen individuelle Formgebung einstellen. Darüber hinaus läßt sich die Abbrandrate dadurch einstellen, indem der freie Düsenquerschnitt des Gasgeneratorgehäuses, welches den pyrotechnischen Satz aufnimmt, voreingestellt wird, so daß der sich beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes entstehende Brennkammerdruck beeinflußt wird, von welchem wiederum die lineare Abbrandgeschwindigkeit abhängig ist.

Folglich wird üblicherweise – unter Berücksichtigung der vorgenannten Prinzipien – für jede individuelle Anwendung ein individueller Gasgenerator, bestehend aus einem Gehäuse, einer Anzündeinheit und einem pyrotechnischen Satz, entwickelt. Indes wäre es aus fertigungstechnischen Gründen und aus Kostengründen wünschenswert, einen einzigen Gasgenerator, insbesondere ein einziges Gasgeneratorgehäuse, für eine Mehrzahl von Anwendungen einsetzen zu können oder mit diesem zumindest eine einfache und kostengünstige Anpassung an den jeweiligen, individuellen Anwendungsfall zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gasgenerator bzw. ein Gehäuse eines solchen Gasgenerators der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Abbrandgeschwindigkeit des pyrotechnischen Satzes innerhalb verhältnismäßig weiter Grenzen auf einfache Weise an den jeweiligen Einsatzzweck angepaßt werden kann. Sie ist ferner auf ein Verfahren gerichtet, welches eine solche Anpassung der Abbrandgeschwindigkeit bzw. der Reaktionscharakteristik des pyrotechnischen Satzes eines Gasgenerators der eingangs genannten Art ermöglicht.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Gasgenerator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die wenigstens zwei Gehäuseteile mit Durchbrüchen versehen sind, wobei die Durchbrüche durch Verstellen der Anordnung der Gehäuseteile relativ zueinander in unterschiedliche Deckung miteinander bringbar sind, so daß der Querschnitt der durch die überlappenden Durchbrüche gebildeten Öffnungen des Gehäuses veränderbar ist.

In verfahrenstechnischer Hinsicht ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur Einstellung der Abbrandgeschwindigkeit des pyrotechnischen Satzes eines solchen Gasgenerators vorgesehen, daß der mit der gewünschten Abbrandgeschwindigkeit korrespondierende Druck, insbesondere der Druckverlauf, und/oder – hiermit zusammenhängend – die mit der gewünschten Abbrandgeschwindigkeit korrespondierende Temperatur, insbesondere der Temperaturverlauf, beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes voreingestellt wird/werden, indem die Durchbrüche von zumindest zwei mit Durchbrüchen versehenen Gehäuseteilen des Gasgenerators durch Verstellen der Anordnung der Gehäuseteile re lativ zueinander derart in Deckung miteinander gebracht werden, daß der Querschnitt der durch die überlappenden Durchbrüche gebildeten Öffnungen des Gehäuses beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes den gewünschten Reaktionsdruck und/oder die gewünschte Reaktionstemperatur erzeugt.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gasgeneratorgehäuses ist der Einsatz eines einzigen Gasgeneratortyps für eine Mehrzahl von Anwendungen geeignet, indem die in den beiden Gehäuseteilen vorgesehenen Durchbrüche derart teilweise oder praktisch gänzlich miteinander zur Deckung gebracht werden, daß sich beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes die für den speziellen Anwendungsfall jeweils gewünschte Abbrandgeschwindigkeit einstellt. Die Kinetik der in der Regel explosionsartig und exotherm verlaufenden Abbrandreaktion des pyrotechnischen Satzes ist gemäß der van't Hoff- bzw. der Arrhenius-Gleichung von der Temperatur abhängig. Ferner ist die Abbrandreaktion stark vom Druck abhängig. Dabei ist die Reaktionsgeschwindigkeit um so höher, je größer der Druck und/oder die Temperatur in der Brennkammer des Gasgenerators während des Abbrandes des pyrotechnischen Satzes ist. Schließlich ist auch die Temperatur insbesondere aufgrund der Kompressionswärme der beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes freigesetzten Gase stark druckabhängig, wobei sich mit steigendem Druck eine wachsende Temperatur einstellt.

Folglich läßt sich die gewünschte Abbrandgeschwindigkeit des pyrotechnischen Satzes durch Voreinstellung des Reaktionsdruckes innerhalb eines verhältnismäßig breiten Bereichs verändern, indem die Größe der durch überlappende Durchbrüche in den Gehäuseteilen des Gasgenerators gebildeten Öffnungen so gewählt wird, daß sich beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes der entsprechende Druckverlauf und somit auch der entsprechende Temperaturverlauf einstellt. Ist ei ne hohe Abbrandgeschwindigkeit erwünscht, so werden die durch überlappende Durchbrüche gebildeten Öffnungen durch Verstellen der Gehäuseteile relativ zueinander klein eingestellt (d.h. beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes wird in der Brennkammer des Gasgenerators ein hoher Druck und eine hohe Temperatur erzeugt), während diese Öffnungen im Falle einer erwünschten geringen Abbrandgeschwindigkeit groß eingestellt werden können (d.h. beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes wird in der Brennkammer des Gasgenerators ein demgegenüber geringer Druck und eine demgegenüber geringe Temperatur erzeugt).

Selbstverständlich ist es möglich, den auf die erfindungsgemäße Weise ausgebildeten Gasgenerator mit einer Meß-, Auswerte-, Steuer- und Regeleinheit zu verknüpfen, was die Möglichkeit einer automatischen Steuerung bzw. Regelung der Abbrandgeschwindigkeit bietet.

Untersuchungen haben gezeigt, daß aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ein einheitlicher Gasgenerator mit einem fest vorgegebenen Füllvolumen eines bestimmten pyrotechnischen Satzes zum Aufblasen von Airbags mit unterschiedlichen Aufblascharakteristika, insbesondere für praktisch alle Typen von Personenkraftwagen, eingesetzt werden kann, so daß aufwendige, individuelle Anpassungen des Gasgeneratorgehäuses und somit auch eine aufwendige Einzelanfertigung einer Mehrzahl verschiedener Gasgeneratoren entbehrlich ist. Beim Zusammensetzen des Gehäuses des Gasgenerators muß lediglich der jeweils geforderten Anordnung der mit den Durchbrüchen versehenen Gehäuseteile relativ zueinander Rechnung getragen werden, so daß die Größe der auf diese Weise gebildeten Gasaustrittsöffnungen mit der gewünschten Abbrandgeschwindigkeit des pyrotechnischen Satzes korrespondiert. Um einen Kontakt der in der Regel gesundheitsschädlichen Komponenten des pyrotechnischen Satzes mit der Umgebung zu vermeiden, können die Durchbrüche des einen und/oder des anderen Gehäuseteils in an sich bekannter Weise mittels einer Berstmembran, z.B. in Form einer Metall-, insbesondere einer Aluminiumfolie, verschlossen sein.

Während die Verstellbarkeit der Gehäuseteile des Gasgenerators relativ zueinander grundsätzlich auch durch Verschiebung derselben relativ zueinander oder auf beliebige andere Weise gewährleistet sein kann, ist in bevorzugter Ausführung vorgesehen, daß die Durchbrüche durch Verdrehen der Gehäuseteile relativ zueinander in unterschiedliche Deckung miteinander bringbar sind. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Durchbrüche der mit Durchbrüchen versehenen Gehäuseteile des Gasgenerators durch Verdrehen der Gehäuseteile relativ zueinander miteinander in Deckung gebracht und die Gehäuseteile anschließend derart aneinander fixiert werden, daß die durch die überlappenden Bereiche der Durchbrüche gebildeten Öffnungen die für die gewünschte Abbrandgeschwindigkeit des pyrotechnischen Satzes erforderliche Größe aufweisen.

Bei einer konstruktiv einfachen und kostengünstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators kann das Gehäuse beispielsweise derart aufgebaut sein, daß das eine mit Durchbrüchen versehene Gehäuseteil die Brennkammer zur Aufnahme des pyrotechnischen Satzes aufweist, während das andere mit Durchbrüchen versehene Gehäuseteil einen zumindest den mit Durchbrüchen versehenen Abschnitt des einen Gehäuseteils umgreifenden Ring aufweist. Um die in beiden Gehäuseteilen vorgesehenen Durchbrüche in unterschiedliche Deckung miteinander zu bringen, kann dann – wie bereits erwähnt – der Ring entweder gegen das die Brennkammer aufweisende Gehäuseteil verdreht oder bezüglich dieser axial verschoben werden.

In vielen Fällen ist es zweckmäßig, wenn die Durchbrüche um den Umfang der Gehäuseteile verteilt angeordnet sind, um für einen gleichmäßigen und im wesentlichen vollständigen Abbrand des pyrotechnischen Satzes zu sorgen. Dabei sind die Durchbrüche zweckmäßig im wesentlichen äquidistant voneinander beabstandet, wobei der Abstand der Durchbrüche in Umfangsrichtung der Gehäuseteile vorzugsweise etwa der Länge der Durchbrüche in Umfangsrichtung der Gehäuseteile entspricht, so daß die Größe der durch überlappende Durchbrüche gebildete Öffnungen in einem möglichst weiten Bereich variabel ist.

Die Abmessungen und/oder der Abstand der Durchbrüche des einen Gehäuseteil entsprechend/entspricht zweckmäßig etwa den Abmessungen und/oder dem Abstand der Durchbrüche des anderen Gehäuseteils, welche mit den Durchbrüchen des ersten Gehäuseteils in unterschiedliche Deckung miteinander bringbar sind.

Während die Durchbrüche grundsätzlich eine beliebige Geometrie aufweisen können, beispielsweise kreisförmig rund, oval, mehreckig oder andersartig ausgebildet sein können, sieht eine bevorzugte Ausführung vor, daß die Durchbrüche von Langlöchern gebildet sind. Dabei erstrecken sich die Langlöcher vorzugsweise in Richtung der Bewegungsrichtung des einen Gehäuseteils bezüglich des anderen Gehäuseteils zum Verstellen der durch die überlappenden Durchbrüche gebildeten Öffnungen, im Falle relativ zueinander drehbarer Gehäuseteile also insbesondere im wesentlichen in Umfangsrichtung der mit den Durchbrüchen versehenen Gehäuseteile.

In Weiterbildung ist vorgesehen, daß zumindest die mit den Durchbrüchen versehenen Gehäuseteile – vorzugsweise sämtliche den Gasgenerator bildende Gehäuseteile – aneinander lösbar fixierbar sind, so daß das Gehäuse des Gasgenerators rezyklierbar ist. Hierzu können zumindest die mit den Durchbrüchen versehenen Gehäuseteile miteinander verklemmbar sein, was beispielsweise durch den Einsatz von die Gehäuseteile miteinander verspannenden Schrauben gewährleistet sein kann.

Das Gehäuse des Gasgenerators kann je nach Anwendungszweck ein, zwei oder auch mehrere räumlich voneinander getrennte Brennkammern zur Aufnahme von einem oder mehrerer pyrotechnischer Sätze aufweisen, um die Wirksamkeit des Gasgenerators weiter variieren zu können. Weist der Gasgenerator zwei oder mehrere Brennkammern auf, so können diese entweder zugleich oder zeitversetzt bzw. stufenweise gezündet bzw. mit pyrotechnischen Sätzen gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung, Masse und/oder Formgebung bestückt werden. In jedem Fall ist eine noch weitergehende Variation des Freisetzverhaltens der beim Abbrand der verschiedenen pyrotechnischen Sätze erzeugten Gase möglich.

Ist der Gasgenerator mit mehreren Brennkammern ausgestattet, so können diese z.B. übereinander angeordnet sein und mit einer gemeinsamen oder mit jeweils einer separaten, die Brennkammern durchsetzenden Anzündeinheit in Wirkverbindung stehen. Ebenfalls ist es beispielsweise möglich, daß die Brennkammern nebeneinander angeordnet sind und mit einer gemeinsamen oder separaten, zumindest einen Teil einer zwischen den Brennkammern angeordneten Wandung bildenden Anzündeinheit in Wirkverbindung stehen.

Um beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes ein Austrag von Partikeln aus der Brennkammer des Gasgenerators weitestgehend zu vermeiden, kann ein Filterelement vorgesehen sein, welches die von den überlappenden Durchbrüchen gebildeten Öffnungen des Gehäuses im wesentlichen vollständig abdeckt.

Das Filterelement kann in vorteilhafter Ausgestaltung von einem Keramikschaumfilter gebildet sein. Der Vorteil eines solchen Keramikschaumfilters liegt einerseits in seiner kostengünstigen Herstellbarkeit, andererseits läßt sich die Porengröße eines solchen Keramikschaumfilters durch die Art und Menge des bei der Herstellung desselben eingesetzten Treibmittels auf einfache Weise steuern.

Das Filterelement kann im wesentlichen ringförmig und in eine Aufnahme einsetzbar sein, welche die von den überlappenden Durchbrüchen der Gehäuseteile gebildeten Öffnungen des Gehäuses umgibt.

In bevorzugter Ausführung ist insbesondere aus fertigungstechnischen Gründen und aus Gewichtsgründen vorgesehen, daß zumindest eines der Gehäuseteile aus wenigstens einem Polymer besteht, wobei insbesondere zumindest das die Brennkammer(n) aufweisende Gehäuseteil aus wenigstens einem Polymer bestehen kann. Neben duroplastischen Polymere kommen insbesondere auch thermoplastische Polymere in Betracht, wobei festgestellt worden ist, daß sich thermoplastische Polymere trotz der beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes kurzzeitig entstehenden, sehr hohen Temperaturen hervorragend als Werkstoff für Gasgeneratoren eignen. Der Grund hierfür liegt vermutlich in der nur sehr kurzen Einwirkungsdauer der beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes entstehenden hohen thermischen Energie, so daß ein Schmelzen des thermoplastischen Polymers ausgeschlossen werden kann.

Um für eine hohe Druckfestigkeit zu sorgen, weist das Polymer, aus welchem die Gehäuseteile gefertigt sind, vorzugsweise eine Faserverstärkung auf. Während grundsätzlich praktisch sämtliche Polymere in Betracht kommen, welche bezüglich des jeweils verwendeten pyrotechnischen Satzes weitestgehend inert sind, hat sich als für die Gehäuseteile geeigneter Werkstoff insbesondere ein Polymer aus der Gruppe der Polyacetale (POM) bewährt. Solche Polymere sind einerseits sehr kostengünstig kommerziell erhältlich und weisen andererseits einwandfreie Werkstoffeigenschaften, insbesondere eine sehr hohe Druckfestigkeit, auf.

Grundsätzlich ist der Einsatz von polymeren Werkstoffen insbesondere dann zweckmäßig, wenn pyrotechnische Sätze Anwendung finden, welche bereits bei einem verhältnismäßig niedrigen Druckniveau eine hohe Abbrandgeschwindigkeit aufweisen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Gehäuse eines Gasgenerators, welches auf die vorstehend beschriebene Weise ausgestaltet ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Draufsicht auf das nach oben offene Gehäuse eines Gasgenerators;
2 einen Querschnitt durch das geschlossene Gehäuse des Gasgenerators gemäß 1 entlang der Linie II-II;
3 eine Draufsicht auf das mit Durchbrüchen versehene, den pyrotechnischen Satz aufnehmende Gehäuseteil des Gasgenerators gemäß 1 und 2;
4 eine Seitenansicht des Gehäuseteils gemäß 3;
5 eine Seitenansicht des mit Durchbrüchen versehenen, bezüglich dem Gehäuseteil gemäß 3 und 4 verstellbaren Gehäuseteils des Gasgenerators gemäß 1 und 2; und
6 eine Draufsicht auf das Gehäuseteil gemäß 5.
In 1 und 2 ist ein Gehäuse 1 eines Gasgenerators dargestellt, wobei ein den pyrotechnischen Satz (nicht gezeigt) aufnehmendes, beim vorliegenden Ausführungsbeispiel im wesentlichen kreiszylindrisches Gehäuseteil 2 des Gasgenerators in der in 1 wiedergegebenen Draufsicht oben offen dargestellt ist, während es in der in 2 wiedergegebenen Seitenansicht durch ein Bodenteil 3 und ein Deckelteil 4 verschlossen ist. Wie insbesondere aus 1 ersichtlich, weist das Gehäuseteil 2 eine ringförmige Außenwandung 2a sowie zwei sich von der Außenwandung 2a radial nach innen erstreckende Stege 2b auf, deren einander zugekehrte Stirnseiten mit Abstand voneinander angeordnet und jeweils mit einem Rundprofil ausgebildet sind. Die Stege 2b begrenzen jeweils zwei räumlich getrennt voneinander, nebeneinander angeordnete Brennkammern 5a, 5b zur Aufnahme je eines separaten pyrotechnischen Satzes (nicht dargestellt). In 3 ist das separate Gehäuseteil 2 nochmals in einer der 1 entsprechenden Draufsicht wiedergegeben, während 4 eine Seitenansicht des separaten Gehäuseteils 2 zeigt.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich, stehen die Brennkammern 5a, 5b mit je einer Anzündeinheit 6a, 6b in Wirkverbindung, wobei die Anzündeinheiten 6a, 6b beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem gemeinsamen Gehäuseteil 7 untergebracht sind, welches als separates, in das Gehäuseteil 2 einsetzbares Teil ausgebildet und mittels zweier entgegengesetzt angeordneter Haltenuten 8a, 8b in das von den diametral gegenüberliegenden Stegen 2b gebildete Profil einsetzbar ist. Die Anzündeinheiten 6a, 6b sind getrennt von einander in dem Gehäuseteil 7 aufgenommen und umfassen vorzugsweise je ein nicht dargestelltes Zündelement ("Squib") und eine ebenfalls nicht wiedergegeben Verstärkerladung ("Booster"). Wie aus 2 ersichtlich, steht jede Anzündeinheit 6a, 6b über das Gehäuseteil 7 durchsetzende Bohrungen 9 mit der zugehörigen Brennkammer 5a, 5b in Verbindung. Das Gehäuseteil 7 der Anzündeinheiten 6a, 6b bildet somit gemeinsam mit den Stegen 2b des Gehäuseteils 2 eine die Brennkammern 5a, 5b distanzierende Wandung, so daß die in den Brennkammern 5a, 5b untergebrachten pyrotechnischen Sätze (nicht gezeigt) entweder zugleich oder zeitversetzt bzw. stufenweise gezündet werden können. Ebenfalls ist es möglich, die Brennkammern 5a, 5b mit pyrotechnischen Sätzen gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung, Masse und/oder Formgebung und somit mit unterschiedlichem Abbrandverhalten zu bestücken. Wie 2 zu entnehmen ist, durchsetzt ein mit verjüngtem Querschnitt ausgebildeter Kopfabschnitt 7a des die Anzündeinheiten 6a, 6b aufnehmenden Gehäuseteils 7 eine zentrale Ausnehmung 10 des Deckelteils 4, um die in diesem Kopfabschnitt 7a vorgesehenen Zündelemente der Anzündeinheiten 6a, 6b von außen auslösen zu können.
Das die Brennkammern 5a, 5b aufweisende Gehäuseteil 2 ist an seiner ringförmigen Außenwandung 2a mit mehreren – beim vorliegenden Ausführungsbeispiel vier – das Gehäuseteil 2 in Axialrichtung durchsetzenden Durchgangsbohrungen 11 versehen, um das Bodenteil 3 und das Deckelteil 4 mittels die Bohrungen 11 durchsetzenden Spannschrauben (nicht gezeigt) lösbar – gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Dichtungen – an dem Gehäuseteil 2 zu verklemmen. Sowohl das Bodenteil 3 als auch das Deckelteil 4 sind zu diesem Zweck ebenfalls mit Durchgangsbohrungen 12, 13 ausgestattet, welche mit den Durchgangsbohrungen 11 des Gehäuseteils 2 fluchten.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, ist die ringförmige Außenwandung 2a des Gehäuseteils 2 mit Durchbrüchen 14 in Form von Langlöchern ausgestattet, welche um den Umfang des Gehäuseteils 2 verteilt angeordnet sind und sich in Umfangsrichtung des Gehäuseteils 2 erstrecken (vgl. auch 4). Dabei sind die Durchbrüche 14 in Umfangsrichtung des Gehäuseteils 2 äquidistant voneinander beabstandet, wobei der Abstand zwischen den Durchbrüchen 14 in Umfangsrichtung des Gehäuseteils 2 etwa der Länge der Durchbrüche 14 in Umfangsrichtung des Gehäuseteils 2 entspricht.
Am Außenumfang der ringförmigen Wandung 2a des Gehäuseteils 2 ist im Bereich der dieses radial durchsetzenden Durchbrüche 14 ein weiteres Gehäuseteil 15 angeordnet, welches beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als den mit den Durchbrüchen 14 versehenen Abschnitt des Gehäuseteils 2 umgreifender Ring ausgestaltet ist. Das separate Gehäuseteil 15 ist in 5 nochmals in Seitenansicht und in 6 in Draufsicht dargestellt. Das ringartige Gehäuseteil 15 ist entsprechend dem die Brennkammern 5a, 5b aufnehmenden Gehäuseteil 2 mit Durchbrüchen 16 in Form von Langlöchern ausgestattet, welche um den Umfang des Gehäuseteils 15 verteilt angeordnet sind und sich in Umfangsrichtung des Gehäuseteils 15 erstrecken (vgl. insbesondere 5). Dabei sind die Durchbrüche 16 in Umfangsrichtung des Gehäuseteils 15 äquidistant voneinander beabstandet, wobei der Abstand zwischen den Durchbrüchen 15 in Umfangsrichtung des Gehäuseteils 15 etwa der Länge der Durchbrüche 16 in Umfangsrichtung des Gehäuseteils 15 entspricht. Das Lochmuster der Durchbrüche 16 des Gehäuseteils 15 entspricht insoweit dem Lochmuster der Durchbrüche 14 des Gehäuseteils 2.
Um die Abbrandgeschwindigkeit der in den Brennkammern 5a, 5b des Gehäuseteils 2 untergebrachten pyrotechnischen Sätze durch Variation des Druckes in der Brennkammer beim Abbrand der pyrotechnischen Sätze individuell einstellen zu können, ist das Gehäuseteil 15 bezüglich des Gehäuseteils 2 verstellbar, so daß die Durchbrüche 16 des Gehäuseteils 15 mit den Durchbrüchen 14 des Gehäuseteils 2 in unterschiedliche Deckung miteinander gebracht werden können und der Querschnitt der Gesamtquerschnitt der durch die überlappenden Anteile der Durchbrüche 14, 16 gebildeten Öffnungen des Gehäuses 1 beim Zusammenbau des Gasgenerators individuell verändert werden kann. Während die relative Verstellbarkeit der beiden Gehäuseteile 2, 15 beispielsweise auch durch axiale Verschiebung des ringförmigen Gehäuseteils 15 entlang dem Gehäuseteil 2 mit den Brennkammern 5a, 5b geschehen kann, ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß das ringförmige Gehäuseteil 15 in Umfangsrichtung des Gehäuseteils 2 verdrehbar ist. Der Innenumfang des Gehäuseteils 15 entspricht dabei im wesentlichen dem Außenumfang des Gehäuseteils 2 im Bereich dessen Durchbrüche 14 oder übertrifft diesen geringförmig, so daß eine Relativbewegung der beiden Gehäuseteile 2, 14 relativ zueinander – insbesondere ein Verdrehen des Gehäuseteils 15 bezüglich dem Gehäuseteil 2 – zwar möglich ist, ein Gasdurchtritt zwischen diesen beiden Gehäuseteilen 2, 14 beim Abbrand eines der pyrotechnischen Sätze jedoch weitestgehend verhindert wird.
Wie 2 und 4 entnehmbar ist, weist das Gehäuseteil 2 in seinem mit den Durchbrüchen versehenen – in 2 und 4 unteren – Abschnitt einen gegenüber seinem oberen Abschnitt verminderten Querschnitt auf, wobei der stufenförmige Übergang 17 der beiden Querschnitte zur Zentrierung des auf dieses aufgeschobenen, ringförmigen Gehäuseteils 15 (5 und 6) dient. Das Gehäuseteil 15 kann somit von unten auf das Gehäuseteil 2 aufgeschoben werden, bis es an dem Querschnittsübergang 17 oder – wie es beim vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel der Fall ist – an einem zwischen dem stufenförmigen Übergang 17 des Gehäuseteils 2 und der Oberkante des ringförmigen Gehäuseteils 15 angeordneten Befestigungsflansch 18 des Gasgenerators anstößt. Die Anordnung des Querschnittsübergangs 17 und die Dicke des Befestigungsflansches 18 ist dabei zweckmäßig so gewählt, daß die z.B. in drei übereinander angeordneten Reihen vorgesehenen Durchbrüche 14, 16 durch Verdrehen des Gehäuseteils 15 bezüglich dem Gehäuseteil 2 vollständig miteinander in Deckung zu bringen sind.
Da der Abstand der Durchbrüche 14, 16 etwa ihrer Länge in Umfangsrichtung entspricht, ist es gleichfalls möglich, das Gehäuseteil 15 bezüglich dem Gehäuseteil 2 derart zu verdrehen, daß die Durchbrüche 16 des Gehäuseteils 15 weitgehend von der Außenwandung 2a des Gehäuseteils 2 verschlossen sind, während die Durchbrüche 14 des Gehäuseteils 2 weitgehend von dem ringförmigen Gehäuseteil 15 verschlossen sind. Auf diese Weise ist die Abbrandgeschwindigkeit der pyrotechnischen Sätze des Gasgenerators in einem verhältnismäßig weiten Bereich variierbar, indem die durch die fluchtenden Abschnitte der Durchbrüche 14, 16 gebildeten Öffnungen weitgehend verschlossen (hieraus resultiert ein hoher Druck in er Brennkammer und folglich eine große Abbrandgeschwindigkeit) oder praktisch gänzlich geöffnet werden (hieraus resultiert ein demgegenüber niedrigerer Druck in der Brennkammer und folglich eine geringere Abbrandgeschwindigkeit).
Wie 2 zu entnehmen ist, geschieht die Fixierung des ringförmigen Gehäuseteils 15 an dem Gehäuseteil 2, nachdem das erstgenannte bezüglich dem letztgenannten in die gewünschte Relativposition unter gänzlicher oder teilweiser Deckung der Durchbrüche 14, 16 gebracht worden ist, durch Verklemmen des Gehäuseteils 15 zwischen dem Bodenteil 3 und dem stufenförmigen Querschnittsübergang 17 des Gehäuseteils 2 unter Zwischenanordnung des Befestigungsflansches 18, indem die sowohl das Boden- 3 und das Deckelteil 4 als auch das Gehäuseteil 2 durchsetzenden Spannschrauben (nicht dargestellt) angezogen werden. Die Verschraubung kann zweckmäßig derart ausgeführt sein, daß ein unzeitiges Öffnen des Gehäuses 1 und somit Manipulationen an dem Gasgenerator erkennbar sind, was z.B. durch eine Versiegelung der Schrauben geschehen kann. Sämtliche Gehäuseteile 2, 3, 4, 7, 15 des Gasgenerators sowie der Befestigungsflansch 18 sind auf diese Weise rezyklierbar, indem das Gehäuse 2 des gebrauchten Gasgenerators demontiert und nach Befüllung mit je einem pyrotechnischen Satz bzw. je einer Verstärkerladung wieder zusammengesetzt wird.
Während um den Umfang der durch überlappende Durchbrüche 14, 16 gebildeten Öffnungen ein Filterelement (nicht dargestellt), z.B. in Form eines Keramikschaumfilters, angeordnet sein kann, um einen Austrag von Partikeln des pyrotechnischen Satzes beim Abbrand desselben zu verhindern, können die durch überlappende Durchbrüche 14, 16 gebildeten Öffnungen mittels einer Berstmembran (ebenfalls nicht dargestellt), z.B. in Form einer Aluminiumfolie, verschlossen sein, um ein unzeitiges Austreten von Partikeln aus dem Gehäuse 2 zu vermeiden. Die Berstmembran kann z.B. auf die Außenseite des Gehäuseteils 15 dessen Durchbrüche 16 abdeckend und/oder auf die Innenseite der Außenwandung 2a des Gehäuseteils 2 dessen Durchbrüche 14 überlappend aufgebracht sein.
Um für ein einfach und kostengünstig durch bekannte Kunststoffverarbeitungsverfahren herstellbares und insbesondere leichtgewichtiges Gehäuse 1 zu sorgen, können die Gehäuseteile 2, 3, 4, 7, 15, 18 aus einem Kunststoffmaterial, z.B. aus einem faserverstärkten, thermoplastischen Kunststoff auf der Basis von Polyacetalen, gefertigt sein. Stattdessen können selbstverständlich auch ein oder mehrere Gehäuseteile, z.B. das ringförmige Gehäuseteil 15, aus Metall oder einer Metallegierung bestehen.

Claims

Gasgenerator mit einem Gehäuse (1) mit wenigstens einer Brennkammer (5a, 5b) zur Aufnahme eines pyrotechnischen Satzes und mit wenigstens einer, mit dem pyrotechnischen Satz wirkverbundenen Anzündeinheit (6a, 6b), wobei das Gehäuse (1) wenigstens zwei Gehäuseteile (2, 15) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Gehäuseteile (2, 15) mit Durchbrüchen (14, 16) versehen sind, wobei die Durchbrüche (14, 16) durch Verstellen der Anordnung der Gehäuseteile (2, 15) relativ zueinander in unterschiedliche Deckung miteinander bringbar sind, so daß der Querschnitt der durch die überlappenden Durchbrüche (14, 16) gebildeten Öffnungen des Gehäuses (2) veränderbar ist.
Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (14, 16) durch Verdrehen der Gehäuseteile (2, 15) relativ zueinander in unterschiedliche Deckung miteinander bringbar sind.
Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine mit Durchbrüchen (14) versehene Gehäuseteil (2) die Brennkammer (5a, 5b) zur Aufnahme des pyrotechnischen Satzes aufweist, während das andere mit Durchbrüchen (16) versehene Gehäuseteil (15) einen zumindest den mit Durchbrüchen (14) versehenen Abschnitt des einen Gehäuseteils (2) umgreifenden Ring aufweist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (14, 16) um den Umfang der Gehäuseteile (2, 15) verteilt angeordnet sind.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (14, 16) im wesentlichen äquidistant voneinander beabstandet sind.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Durchbrüche (14, 16) in Umfangsrichtung der Gehäuseteile (2, 15) etwa der Länge der Durchbrüche (14, 16) in Umfangsrichtung der Gehäuseteile (2, 15) entspricht.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen und/oder der Abstand der Durchbrüche (14) des einen Gehäuseteils (2) etwa den Abmessungen und/oder dem Abstand der Durchbrüche (16) des anderen Gehäuseteils (15) entsprechen/entspricht.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (14, 16) von Langlöchern gebildet sind.
Gasgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Langlöcher im wesentlichen in Umfangsrichtung der Gehäuseteile (2, 15) erstrecken.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die mit den Durchbrüchen (14, 16) versehenen Gehäuseteile (2, 15) lösbar aneinander fixierbar sind.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die mit den Durchbrüchen (14, 16) versehenen Gehäuseteile (2, 15) miteinander verklemmbar sind.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß das Gehäuse (2) wenigstens zwei räumlich voneinander getrennte Brennkammern (5a, 5b) zur Aufnahme von wenigstens zwei pyrotechnischen Sätzen aufweist.
Gasgenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern übereinander angeordnet sind und mit einer gemeinsamen oder mit jeweils einer separaten, die Brennkammern durchsetzenden Anzündeinheit in Wirkverbindung stehen.
Gasgenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern (5a, 5b) nebeneinander angeordnet sind und mit einer gemeinsamen oder mit jeweils einer separaten, zumindest einen Teil einer zwischen den Brennkammern (5a, 5b) angeordneten Wandung (2b) bildenden Anzündeinheit (6a, 6b) in Wirkverbindung stehen.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filterelement vorgesehen ist, welches die von den überlappenden Durchbrüchen (14, 16) gebildeten Öffnungen des Gehäuses (2) im wesentlichen vollständig abdeckt.
Gasgenerator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement von einem Keramikschaumfilter gebildet ist.
Gasgenerator nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement im wesentlichen ringförmig und in eine Aufnahme einsetzbar ist, welche die von den überlappenden Durchbrüchen (14, 16) gebildeten Öffnungen des Gehäuses (2) umgibt.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Gehäuseteile (2, 3, 4, 7, 15, 18) aus wenigstens einem Polymer besteht.
Gasgenerator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das die Brennkammer(n) (5a, 5b) aufweisende Gehäuseteil (2) aus wenigstens einem Polymer besteht.
Gasgenerator nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Gehäuseteil(e) (2, 3, 4, 7, 15, 18) aus wenigstens einem thermoplastischen Polymer besteht/bestehen.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer eine Faserverstärkung aufweist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer aus der Gruppe der Polyacetale (POM) gewählt ist.
Gehäuse (1) eines Gasgenerators, wobei das Gehäuse (1) wenigstens zwei Gehäuseteile (2, 15) umfaßt, wenigstens eine Brennkammer (5a, 5b) zur Aufnahme eines pyrotechnischen Satzes aufweist und wenigstens eine, mit dem pyrotechnischen Satz in Wirkverbindung bringbare Anzündeinheit (6a, 6b) aufnimmt, gekennzeichnet durch die kennzeichnenden Merkmale wenigstens eines der Ansprüche 1 bis 22.
Verfahren zur Einstellung der Abbrandgeschwindigkeit wenigstens eines pyrotechnischen Satzes in einem Gasgeneratorgehäuse (1) mit wenigstens einer Brennkammer (5a, 5b) zur Aufnahme des pyrotechnischen Satzes und mit wenigstens einer, mit dem pyrotechnischen Satz wirkverbundenen Anzündeinheit (6a, 6b), wobei das Gehäuse (1) wenigstens zwei Gehäuseteile (2, 15) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der gewünschten Abbrandgeschwindigkeit korrespondierende Druck, insbesondere Druckverlauf, und/oder die mit der gewünschten Abbrandgeschwindigkeit korrespondierende Temperatur, insbesondere Temperaturverlauf, beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes voreingestellt wird/werden, indem die Durchbrüche (14, 16) von zumindest zwei mit Durchbrüchen (14, 16) versehenen Gehäuseteilen (2, 15) des Gasgenerators durch Verstellen der Anordnung der Gehäuseteile (2, 15) relativ zueinander derart in Deckung miteinander gebracht werden, daß der Querschnitt der durch die überlappenden Durchbrüche (14, 16) gebildeten Öffnungen des Gehäuses (1) beim Abbrand des pyrotechnischen Satzes den gewünschten Reaktionsdruck und/oder die gewünschte Reaktionstemperatur erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (14, 16) der mit den Durchbrüchen (14, 16) versehenen Gehäuseteile (2, 15) des Gasgenerators durch Verdrehen der Gehäuseteile (2, 15) relativ zueinander miteinander in Deckung gebracht werden.