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Die
Erfindung betrifft einen Gasgenerator, mit mindestens einer einen
pyrotechnischen Treibsatz enthaltenden Brennkammer, einer den Treibsatz vorspannenden
Vorspanneinheit und einer Halteeinrichtung, welche die Vorspanneinheit
in einer vorbestimmten, lagegesicherten, komprimierten Stellung hält und die
lösbar
ausgebildet ist, um die Vorspanneinrichtung wahlweise freizugeben,
so daß sie
in eine Freigabestellung gelangt, in der sie eine Vorspannkraft
auf den Treibsatz ausübt.
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Der
in einem Gasgenerator von Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystemen untergebrachte
Treibsatz wird mechanisch vorgespannt, damit er sich während des
jahrelangen Fahrbetriebs nicht bewegen kann. Insbesondere bei einer
tablettenförmigen Treibsatzschüttung ist
dies wichtig, denn die Tabletten würden gegenseitig aneinanderreiben
und sich abnützen.
Ein pyrotechnischer Generator wird üblicherweise mittels Verschweißen geschlossen,
wobei ausgeschlossen werden muß,
daß durch
Funkensprung während
des Schweißens
der pyrotechnische Treibsatz entzündet wird.
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Aus
der
DE 298 18 936
U1 ist es bekannt, zum Vorspannen des Treibsatzes ein Volumenausgleichsmittel
in die Brennkammer einzubringen, das sich unter Energiezufuhr ausdehnt.
Das Volumenausgleichsmittel ist vorzugsweise ein schäumbarer Kunststoff,
wie beispielsweise ein Polyolefinschaumstoff, ein Polyurethan-Schaumstoff
oder ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer.
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Die
US 4 249 673 zeigt eine
Feder, die den Treibsatz vorspannt und so als Volumenausgleichsmittel
dient.
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In
der
DE 203 18 283
U1 ist ein gattungsgemäßer Gasgenerator
beschrieben, bei dem die Vorspanneinheit aus einer dem Treibsatz
zugewandten Vorderwand, einer dem Treibsatz abgewandten Rückwand sowie
einem dazwischenliegenden elastischen Federelement aufgebaut ist.
Die Vorder- und die Rückwand
werden durch eine Halteeinrichtung in der komprimierten Stellung
miteinander verbunden. Die Halteeinrichtung umfaßt von der Vorderwand abstehende
Fortsätze,
die an der Rückwand
angreifen. Zum Lösen
besitzt die Halteeinrichtung einen Drehverschluß, z.B. einen Bajonett-Verschluß, der nach dem
Einbau der Vorspanneinheit in den Gasgenerator und nach Verschweißen desselben
durch ein Hilfsmittel, z.B. ein Werkzeug, gelöst werden muß.
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Es
besteht somit Bedarf für
einen Gasgenerator, bei dem die Vorspanneinheit während der
Montage des Gasgenerators ohne den Einsatz von Hilfsmitteln aus
einem vorgespannten Zustand in eine Freigabestellung gelangt, in
der die Vorspanneinheit eine Vorspannkraft auf den Treibsatz ausüben kann.
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Gegenstand
der Erfindung ist somit ein Gasgenerator der eingangs genannten
Art, bei dem die Halteeinrichtung aus einem thermisch gering belastbaren
Material besteht, das bei Erwärmen
des Gasgenerators auf eine Temperatur im Bereich zwischen 60°C und der
Selbstaktivierungstemperatur des Gasgenerators seine Haftkraft verliert,
um die Vorspanneinheit freizugeben. Die Vorspanneinheit wird zum Befüllen des
Gasgenerators aufgrund der Halteeinrichtung in einer komprimierten
Stellung gehalten, ohne daß sie
dabei eine Vorspannkraft auf den Treibsatz ausübt. In dieser Stellung ist
die Vorspanneinheit stärker
komprimiert als in der anschließenden
Freigabestellung, in der sie erst die Vorspannkraft auf den Treibsatz
ausübt.
Aufgrund der lagegesicherten, komprimierten Stellung kann der Treibsatz
eingefüllt werden,
ohne daß während der
Befüllung
und des anschließenden
Schließens
der Brennkammer Druck auf den Treibsatz ausgeübt werden muß. Darüber hinaus
erlaubt die komprimierte Stellung, die Brennkammer vor ihrem Schließen nicht
vollständig
mit Treibsatz zu füllen,
so daß der
Treibsatz beim Schließen
der Brennkammer insbesondere durch Verschweißen von dieser Verbindungsstelle
ausreichend beabstandet sein kann. Es besteht also keine Gefahr
einer Entzündung
des Treibsatzes beim Schließen
des Generators oder der Brennkammer. Erst nach dem Schließen wird
die Halteeinrichtung während
der Ofenprüfung
gelöst,
wobei durch Wärmeeinwirkung
auf den Gasgenerator, die Halteeinrichtung ihre Haftkraft verliert
und dadurch die Vorspanneinrichtung in ihre Freigabestellung gelangt. Da
die Halteeinrichtung aus einem thermisch gering belastbaren Material
besteht, kann auf den Einsatz von solchen Hilfsmitteln zum Lösen der
Vorspanneinheit verzichtet werden, denn die Halteeinrichtung wird
von außen
durch Temperaturerhöhung
freigegeben.
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Die
Vorspanneinheit sollte eine vormontierte Einheit sein, die als solche
bereits in einer komprimierten Stellung in die Brennkammer eingesetzt
werden kann, was die Montage erleichtert.
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Die
Vorspanneinheit besteht vorzugsweise aus zwei gegenüberliegenden
Stirnwänden
sowie einem zwischen den Stirnwänden
angeordneten elastischen Federelement, d.h. aus wenigen Bauteilen. Wenn
die Vorspanneinheit in die Brennkammer eingesetzt ist, ist eine
Stirnwand dem Treibsatz zugewandt und die andere Stirnsatz dem Treibsatz
abgewandt.
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Besonders
bevorzugt sind die zwei Stirnwände
der Vorspanneinrichtung durch die Halteeinrichtung in der komprimierten
Stellung unmittelbar miteinander verbunden oder, in der Freigabestellung, voneinander
so entkoppelt, daß sie
nicht aneinander angreifen.
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Die
Brennkammer des Gasgenerators ist vorzugsweise außenseitig
durch eine Brennkammerwand begrenzt, wobei mindestens ein Abschnitt
der Brennkammerwand nach innen, in Richtung eines Zünders in
die Brennkammer gebogen ist, zur axialen Positionierung der Vorspanneinheit.
Zur axialen Positionierung kann die dem Treibsatz abgewandte Stirnwand
der Vorspanneinheit auf dem nach innen gebogen Abschnitt der Brennkammerwand
aufliegen. Es ist jedoch auch denkbar, daß die dem Treibsatz abgewandte
Stirnwand so ausgestaltet ist, daß sie mit dem nach innen gebogenen
Abschnitt der Brennkammerwand verrastet oder verriegelt werden kann.
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In
Richtung zum Treibsatz ist die Vorspanneinheit als Einheit ungesichert
in der Brennkammer untergebracht, damit die dem Treibsatz zugewandte Stirnwand
der Vorspanneinheit in der Freigabestellung eine Vorspannkraft auf
den Treibsatz ausüben kann.
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Das
thermisch gering belastbare Material ist vorzugsweise ein handelsüblicher
Klebestreifen, der unter normalen Bedingungen, d.h. in einem Temperaturbereich
von 10 bis 40°C
eine Haftkraft besitzt, frühestens
ab einer Temperatur von 60°C
diese jedoch verliert. Das thermisch gering belastbare Material
ist somit ein kostengünstiger
Bestandteil des Gasgenerators. Der Klebestreifen dient zum temporären Verbinden
der beiden Stirnwände
und wird z.B. auf die dem elastischen Federelement abgewandte Fläche der
Stirnwände
aufgebracht.
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Alternativ
kann das thermisch gering belastbare Material auch ein Klebstoff
sein, der ebenfalls in einem Temperaturbereich von 10 bis 40°C eine Haftkraft
besitzt, diese aber frühestens
ab einer Temperatur von 60°C
verliert, und der zwischen die zwei Stirnwände aufgebracht ist und diese
zusammenhält. Dazu
wird der Klebstoff auf die dem elastischen Federelement zugewandte
Fläche
einer Stirnwand aufgebracht und zusammen mit dem Federelement und der
anderen Stirnwand in komprimierter Form verklebt.
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Die
Erfindung ist nicht auf reine pyrotechnische Gasgeneratoren beschränkt. Die
bevorzugte Ausführungsform
sieht sogar einen langgestreckten Hybrid-Gasgenerator vor, bei den
die Brennkammer von einer gasgefüllten
Druckkammer umgeben ist. Das bietet den Vorteil, daß die Vorspanneinheit
universell in jedem Gasgeneratortyp eingesetzt werden kann.
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Ferner
schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen Gasgenerators,
das die Schritte umfaßt:
a) Einbringen einer mit einer Halteeinrichtung vorgespannten Vorspanneinheit
in eine Brennkammer des Gasgenerators, b) Einfüllen eines pyrotechnischen
Treibsatzes in die Brennkammer und c) Erhitzen des Gasgenerators
auf eine Temperatur die im Bereich zwischen 60°C und der Selbstaktivierungstemperatur des
Gasgenerators liegt. Die Halteeinrichtung hält die Vorspanneinheit in einer
vorbestimmten, lagegesicherten, komprimierten Stellung und ist lösbar ausgebildet,
um die Vorspanneinrichtung wahlweise freizugeben, so daß sie in
eine Freigabestellung gelangt, in der sie eine Vorspannkraft auf
den Treibsatz ausübt.
Darüber
hinaus besteht sie aus einem thermisch gering belastbaren Material,
das bei Erwärmen
des Gasgenerators auf eine Temperatur im Bereich zwischen 60°C und der
Selbstaktivierungstemperatur des Gasgenerators seine Haltekraft
verliert, um die Vorspanneinheit freizugeben.
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Vor
Schritt a) wird die vorgespannte Vorspanneinheit hergestellt, indem
zwei gegenüberliegende
Stirnwände,
die in der Mitte eine Einbuchtung aufweisen, und zwischen denen
ein elastisches Federelement angeordnet ist, durch ein thermisch
gering belastbares Material unmittelbar miteinander verbunden. Die
Einbuchtung in den Stirnwänden dient
zur Fixierung des Federelements.
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Die
Herstellung der Vorspanneinheit kann grundsätzlich auf zwei Arten erfolgen.
Zum einen können
die zwei Stirnwände
durch einen Klebestreifen unmittelbar miteinander verbunden werden,
wobei der Klebestreifen auf die dem elastischen Federelement abgewandte
Fläche
der Stirnwände
aufgebracht werden. Zum anderen können die Stirnwände und
das elastische Federelement durch einen Klebstoff, der auf die Einbuchtung
der zwei Stirnwände aufgebracht
wird, unmittelbar miteinander verbunden werden.
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Vorzugsweise
wird der Gasgenerator auf eine Temperatur im Bereich zwischen 85°C und 110°C erhitzt.
Die nicht zu erreichende Obergrenze entspricht der bei der Ofenprüfung verwendeten Temperatur.
Dadurch wird zum einen gewährleistet, daß der Gasgenerator
nicht schon während
der Ofenprüfung
aktiviert wird, und zum anderen verliert das thermisch gering belastbare
Material bei dieser Temperatur seine Haftkraft.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerators,
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2 eine
schematische teilgeschnittene Ansicht des Gasgenerators aus 1,
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3a eine
erste Ausführungsform
der Vorspanneinheit in vorgespanntem Zustand und 3b die
vorgespannte Vorspanneinheit mit einer Halteeinrichtung,
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4a eine
Stirnwand einer zweiten Ausführungsform
der Vorspanneinheit mit einem Klebepunkt, 4b die
zusammengesetzte Vorspanneinheit der zweiten Ausführungsform
im nicht komprimierten Zustand und 6c die
Vorspanneinheit im komprimierten Zustand,
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5a eine
Schnittansicht einer Brennkammer eines erfindungsgemäßen Gasgenerators, 5b eine
Vergrößerung eines
Teils der Brennkammerwand aus 5a, und
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6 eine
Draufsicht auf die Brennkammerwand aus 5a.
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In
den 1 und 2 ist ein Hybrid-Gasgenerator 10 gezeigt,
mit einem langgestreckten, zylindrischen Außengehäuse 12, das eine Druckkammer
umschließt,
die mit einem unter Druck stehenden Medium, z.B. einem Edelgas wie
Argon oder Helium gefüllt
ist. Das Außengehäuse 12 besitzt
eine Umfangswand 14, die sich in Axialrichtung A an einem einem
Diffusor 16 zugewandten Ende konisch verjüngt.
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Am
anderen axialen Ende des Gasgenerators 10 befinden sich
eine Endplatte 18 sowie in der Endplatte 18 angebrachte
Anzündeinheiten 20,
die von konventionellen Hybrid-Gasgeneratoren bekannt sind.
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Im
Inneren des Außengehäuses 12 ist
eine Brennkammer 22 ausgebildet, die mit einem tablettenförmigen Treibsatz 24 gefüllt und
von einer langgestreckten Brennkammerwand 26 begrenzt ist.
In der hier gezeigten Ausführungsform
ist der Gasgenerator als zweistufiger Gasgenerator mit einer Doppelbrennkammer
ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, den Gasgenerator nur mit
einer Brennkammer auszubilden. Ein erstes axiales Ende 28 der
Brennkammer 22 ist dem Diffusor 16 benachbart,
während ein
zweites axiales Ende 30 der Brennkammer 22, auch
Einfüllende
genannt, auf Seiten der Anzündeinheit 20 liegt.
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Die
Brennkammerwand 26 ist durch ein Lochblech mit Öffnungen 32 hergestellt.
Durch die am ersten axialen Ende 28 konisch verjüngte Umfangswand 14 ist
die Brennkammerwand 26 axial in dem Außengehäuse 12 lagefixiert.
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Im
Bereich des ersten axialen Endes 28 der Brennkammer ist
eine Vorspanneinheit 40 in der Brennkammer 22 angeordnet.
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Die
Vorspanneinheit 40 besteht aus drei Teilen, wie es in den 3a bis 4c einfacher
zu erkennen ist, nämlich
aus einer Stirnwand 42, die im eingebauten Zustand dem
Treibsatz zugewandt ist, einer Stirnwand 44, die im Treibsatz
abgewandt ist, und einer zwischen den Stirnwänden 42, 44 angeordneten,
symbolisch dargestellten Feder 46, die bestrebt ist, die
beiden Stirnwände 42, 44 axial
von einander zu entfernen. In den 1, 2, 3a, 3b und 4c ist
die Vorspanneinheit in ihrem vorgespannten Zustand gezeigt, wogegen
in den 4b und 5a die
Vorspanneinheit in der Freigabestellung gezeigt ist. Die Stirnwand 42 weist
in der in den 3a und 3b gezeigten
ersten Ausführungsform
sowie der in den 4a bis 4c gezeigten
zweiten Ausführungsform
eine Einbuchtung 48 auf, durch welche die Feder 46 zwischen
den Stirnwänden 42, 44 seitlich
stabil gelagert ist. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Stirnwände 42, 44 als ebene
Fläche
ausgebildet sind, wie bei der in den 1 und 2 gezeigten
Vorspanneinheit. Die Stirnwand 42 ist randseitig zur Stirnwand 44 hin
abgewinkelt, um einen umlaufenden Bund 50 zu erzeugen.
Auch die Stirnwand 44 weist einen entsprechenden Bund 52 auf.
Die Bünde 50 und 52 sind
in der ersten und zweiten Ausführungsform
auch in der komprimierten Stellung voneinander beabstandet, wie
es in den 3a, 3b und 4c gezeigt
ist, sie können
jedoch ebenfalls formschlüssig
ineinander eingreifen (1 und 2) oder
sich an den Enden der Bünde 50 und 52 gerade
berühren.
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Die
Vorspanneinheit 40 ist eine vormontierte Einheit, wobei
bei der in den 3a und 3b gezeigten
ersten Ausführungsform
die beiden Stirnwände 42 und 44 durch
eine Halteeinrichtung, in diesem Fall einen Klebestreifen 60,
in der komprimierten Stellung miteinander verbunden sind.
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Die 4a bis 4c zeigen
eine zweite Ausführungsform
der Vorspanneinheit 40, bei der die Halteeinrichtung 60 ein
Klebepunkt ist, der im Inneren der topfförmigen Stirnwand 42 auf
die Einbuchtung 48 aufgebracht wird. Die Stirnwand 44 wird
entgegen der Federkraft nahe an die Stirnwand 42 gedrückt und
in dieser Stellung gehalten, bis der Klebstoff ausgehärtet ist
und die zwei Stirnwände 42 und 44 selbständig zusammenhält (4c).
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In
dieser komprimierten Stellung wird die Vorspanneinheit 40 bei
aufgestelltem Generator, mit dem Ende 30 nach oben zeigend,
vom axialen Ende 30 aus in die Brennkammer 22 eingeschoben,
wobei der Außendurchmesser
der Stirnwände 42, 44 auf den
Innendurchmesser der Brennkammerwand 26 fast spielfrei
abgestimmt ist. Die Brennkammerwand 26 weist Abschnitte 56 (5a und 6)
auf, die einwärts
in Richtung des Zünders,
der in 5a nicht gezeigt ist, gebogen
sind. Die Abschnitte dienen zur Positionierung der vorgespannten
Vorspanneinheit innerhalb der Brennkammer 22. In 5a liegt
die Vorspanneinrichtung auf dem Abschnitt 56 auf. In der rechten
Brennkammer 22 der in 5a gezeigten Doppelbrenn kammer
ist die Vorspanneinheit 40 etwa in der Mitte der Brennkammer 22 angeordnet,
sie kann jedoch ebenfalls in jedem gewünschten Abstand vom Ende 30 angeordnet
sein.
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Anschließend wird
der Treibsatz 24 eingefüllt,
wobei die Brennkammer 22 nicht komplett vollgefüllt wird.
Schließlich
wird die Einheit aus Endplatte 18 und Anzündeinheiten 20 von
oben auf die noch nicht verschlossene Öffnung im Außengehäuse 12 aufgesetzt.
Danach werden Umfangswand 14 und Endplatte 18 im
nach wie vor aufgestellten Zustand des Gasgenerators verschweißt. Aufgrund
der komprimierten, kompakten Vorspanneinheit 40 steht soviel
zusätzliches
Volumen in der Brennkammer für den
Treibsatz 24 zur Verfügung,
daß dieser
beim Schweißvorgang
nicht mit der Endplatte 18 in Kontakt kommt und ein Spalt
zwischen Treibsatzschüttung
und der Endplatte 18 verbleibt.
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Nach
dem Verschweißen
wird der Gasgenerator 10 einer Ofenprüfung unterzogen. Dabei wird der
Gasgenerator auf eine Temperatur zwischen 60°C und seiner Selbstaktivierungstemperatur,
vorzugsweise auf eine Temperatur, die zwischen 85°C und 110°C liegt,
erhitzt. Durch die Temperatureinwirkung verliert die Halteeinrichtung 60 ihre
Haltekraft und gibt die Federkraft frei. Dadurch wird die Stirnwand 42,
die dem Treibsatz zugewandt ist, in Richtung der Anzündeinheit 20 und
des Treibsatzes 24 bewegt, wodurch die Vorspanneinheit 40 eine
Vorspannkraft auf den Treibsatz 24 ausübt, der dabei in Richtung auf
die Anzündeinheit 20 wandert
und zwischen der Endplatte 18 und der Stirnwand 42 geklemmt
ist.