DE102007002374A1

DE102007002374A1 - Gasgenerator, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, sowie Verfahren zum Aktivieren eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems

Info

Publication number: DE102007002374A1
Application number: DE102007002374A
Authority: DE
Inventors: Christian Herget; Detlef Last
Original assignee: TRW Airbag Systems GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: DE102007002374B4; US7828324B2; US20080169630A1

Abstract

Ein Gasgenerator (10), insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, hat eine mit einem pyrotechnischen Treibstoff (16) gefüllte Brennkammer (12) und einen der Brennkammer (12) zugeordneten Zünder (14) sowie eine an die Brennkammer (12) angrenzende, mit Druckgas gefüllte Druckkammer (18), die eine von der Brennkammer (12) entfernte, durch eine erste Membran (26) verschlossene Öffnung (22) aufweist, wobei die Membran (26) auf Aktivieren des Zünders (14) hin zerstört wird. Weiterhin ist eine zweite mit Druckgas gefüllte Druckkammer (28) vorgesehen, die eine durch eine zweite Membran (36) verschlossene Öffnung (34) aufweist, wobei die zweite Membran (36) auf Aktivieren des Zünders (14) hin ebenfalls zerstört wird und aus der zweiten Druckkammer (28) Druckgas länger ausströmt als Druckgas aus der ersten Druckkammer (18), um die Standzeit des Gasgenerators (10) zu erhöhen. Ferner wird ein Verfahren zum Aktivieren eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit einer mit einem pyrotechnischen Treibstoff gefüllten Brennkammer und einem der Brennkammer zugeordneten Zünder sowie einer an die Brennkammer angrenzenden, mit Druckgas gefüllten Druckkammer, die eine von der Brennkammer entfernte, durch eine erste Membran verschlossene Öffnung aufweist, wobei die Membran auf Aktivieren des Zünders hin zerstört wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aktivieren eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems.
Ein gattungsgemäßer Gasgenerator ist aus der EP 1 544 060 A1 bekannt. Nach dem Aktivieren des Zünders wird der pyrotechnische Treibstoff in der Brennkammer abgebrannt, und das dadurch entstehende Druckgas zerstört eine zwischen der Brennkammer und der Druckkammer angeordnete Membran. Dadurch ergibt sich ein abrupter Druckabfall, durch den eine sogenannte Stoßwelle erzeugt wird, die sich schlagartig durch die Druckkammer fortsetzt und eine weitere Membran zerstört, die an dem von der Brennkammer entfernten Ende der Druckkammer angeordnet ist. Daraufhin tritt ein Gemisch aus Druckgas und Heißgas aus der zugeordneten Öffnung aus. Derartige Hybridgasgeneratoren zeichnen sich durch ein geringes Baumaß sowie eine schnelle Gasabströmung aus, haben jedoch eher kurze Standzeiten.
Demgegenüber schafft die Erfindung einen Gasgenerator bzw. ein Verfahren zum Aktivieren eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems, bei dem sowohl eine rasche Gaslieferung unmittelbar nach Aktivierung als auch eine lange Standzeit gewährleistet ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist hierzu bei einem Gasgenerator der eingangs genannten Art eine zweite mit Druckgas gefüllte Druckkammer vorgesehen, die eine durch eine zweite Membran verschlossene Öffnung aufweist, wobei die zweite Membran auf Aktivieren des Zünders hin ebenfalls zerstört wird und aus der zweiten Druckkammer Druckgas länger ausströmt als Druckgas aus der ersten Druckkammer, um die Standzeit des Gasgenerators zu erhöhen. Beim erfindungsgemäßen Gasgenerator wird bei Aktivierung des Zünders eine Stoßwelle erzeugt, die sowohl die erste Membran der ersten Druckkammer als auch die zweite Membran, die die Öffnung der zweiten Druckkammer verschließt, zerstört. Durch das aus der zweiten Druckkammer ausströmende Druckgas erhöht sich der Massenstrom und, da dieses Gas vorzugsweise eine geringe Temperatur aufweist, die Standzeit des Gasgenerators. Insbesondere lassen sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch Standzeiten von mehr als 5 Sekunden erreichen, die z. B. bei Seitengassackmodulen von Vorteil sind. Außerdem zeichnet sich der erfindungsgemäße Gasgenerator durch einen vergleichsweise geringen Bauraum aus, da das in der Brennkammer erzeugte sowie das in der ersten Druckkammer gespeicherte Gas nur noch für eine schnelle Erstbefüllung beispielsweise eines Gassacks benötigt wird. Das länger nachströmende Druckgas aus der zweiten Druckkammer gleicht dann einen Druckverlust im Gassack, z. B. durch Abkühlung oder Leckagen, aus.
Vorzugsweise sind die Brennkammer, die erste Druckkammer und die zweite Druckkammer in Axialrichtung hintereinander angeordnet, wobei sich dann auch die Stoßwelle zur Zerstörung der Membranen in Axialrichtung ausbreitet. Insbesondere sind die beiden Druckkammern räumlich vollständig voneinander getrennt.
Die erste Druckkammer kann durch eine dritte Membran von der Brennkammer getrennt sein. Bei Aktivierung des Zünders wird dann zunächst diese dritte Membran durch das in der Brennkammer entstehende Druckgas zerstört, wodurch die Stoßwelle ausgelöst wird.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite Membran an einander zugewandten Ausströmenden der Druckkammern vorgesehen. Insbesondere weisen die Membranen einen vergleichsweise geringen Abstand zueinander auf, wodurch gewährleistet ist, daß die zweite Membran durch die Stoßwelle zuverlässig geöffnet wird.
Vorteilhaft ist ein Diffusorabschnitt mit mehreren Ausströmöffnungen vorgesehen, der zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer angeordnet ist und der Verbindung der beiden Druckkammern miteinander dienen kann. Durch den gemeinsamen Diffusorabschnitt ergibt sich zudem eine besonders geringe Baulänge sowie eine Kostenersparnis.
Vorzugsweise ist der Diffusorabschnitt auf der der Brennkammer abgewandten Seite der ersten Druckkammer angeordnet.
Um die Ausströmgeschwindigkeit des Druckgases aus der zweiten Druckkammer weiter zu verringern, kann diese eine in unmittelbarer Nähe der zweiten Membran angeordnete Drossel aufweisen.
Da das Druckgas in der ersten Druckkammer hauptsächlich zur schnellen Erstbefüllung eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems dient, kann die erste Druckkammer ein geringeres Volumen als die zweite Druckkammer aufweisen.
Außerdem ist es möglich, daß die erste und die zweite Druckkammer mit unterschiedlichen Druckgasen gefüllt sind. Auf diese Weise läßt sich das Ausströmverhalten optimieren, indem für die erste Druckkammer ein Druckgas mit besonders hoher Ausströmgeschwindigkeit gewählt wird, für die zweite Druckkammer ein Druckgas mit einer geringeren Ausströmgeschwindigkeit.
Unterschiedliche Ausströmgeschwindigkeiten der Druckgase lassen sich z. B. dadurch erreichen, daß das Druckgas in der ersten Druckkammer eine geringere Viskosität als das Druckgas in der zweiten Druckkammer aufweist. Für die erste Druckkammer kommt beispielsweise Helium in Frage, für die zweite Druckkammer wäre Argon vorstellbar, dessen relative Ausströmgeschwindigkeit ca. um einen Faktor 3 geringer ist. Alternativ kann die zweite Druckkammer auch mit Flüssiggas (etwa CO₂) gefüllt sein.
Der Querschnitt der zweiten Öffnung sollte geringer sein als der der ersten Öffnung, wobei hier mit dem Querschnitt der zweiten Öffnung deren minimaler Querschnitt gemeint ist, der den effektiven Ausströmquerschnitt bestimmt. Im Ausführungsbeispiel wird dieser durch die Öffnung einer im Bereich der zweiten Membran angeordneten Drossel festgelegt.
Um die Zerstörung der zweiten Membran durch die Stoßwelle in jedem Fall sicherzustellen, sollte die zweite Membran größer sein als die erste Membran.
Für den Mindestabstand a zwischen den Ausströmenden der Druckkammern gilt bevorzugt folgender Zusammenhang:
wobei d₁ und d₂ jeweils der Durchmesser der ersten bzw. zweiten Öffnung und M₁ und M₂ die molare Masse des Druckgases in der ersten bzw. der zweiten Druckkammer ist. Im Spezialfall der Verwendung gleicher Druckgase in beiden Druckkammern beträgt der Abstand zwischen den Ausströmenden also wenigstens ein Viertel der Summe der Durchmesser der durch die Membranen verschlossenen Öffnungen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Aktivieren eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems vorgesehen, mit einem Gasgenerator, der eine Brennkammer mit einem zugeordneten Zünder, einen der Brennkammer nahen ersten Druckgasbehälter und einen von der Brennkammer entfernten zweiten Druckgasbehälter aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Der Zünder wird aktiviert, und Druckgas strömt sowohl aus dem ersten als auch aus dem zweiten Druckgasbehälter aus, wobei aus dem zweiten Druckgasbehälter länger Druckgas ausströmt als aus dem ersten Druckgasbehälter, um die Standzeit des Gasgenerators zu erhöhen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:
1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Gasgenerator und
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1.
In den Figuren ist ein erfindungsgemäßer Gasgenerator 10 in Form eines langgestreckten Rohrgasgenerators dargestellt, der insbesondere zum Befüllen eines Gassacks in einem Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem dient. Der Gasgenerator 10 weist eine Brennkammer 12 mit einem zugeordneten Zünder 14 auf, der hier insbesondere in die Brennkammer 12 eingesetzt ist. Die Brennkammer 12 ist mit einem pyrotechnischen Treibstoff 16 gefüllt und grenzt in Axialrichtung A an eine mit einem Druckgas gefüllte erste Druckkammer 18 an, die nach außen von einer im wesentlichen zylindrischen Wand 20 begrenzt wird. An einem von der Brennkammer 12 entfernten stirnseitigen Ausströmende 21 weist die Druckkammer 18 eine Öffnung 22 auf, die von einer Blende 24 begrenzt und von einer ersten Membran 26 verschlossen ist. Von der Brennkammer 12 aus gesehen in Axialrichtung A hinter der ersten Druckkammer 18 ist eine zweite, mit Druckgas gefüllte Druckkammer 28 vorgesehen, die umfangsmäßig durch eine zylindrische Wand 30 begrenzt wird und vollständig separat von der ersten Druckkammer 18 ausgebildet ist. An einem der ersten Druckkammer 18 zugewandten stirnseitigen Ausströmende 31 weist die zweite Druckkammer 28 eine an eine Blende 32 angrenzende Drossel 50 auf, in der eine Öffnung 34 ausgebildet ist, die von einer zweiten Membran 36 verschlossen ist. Die erste und die zweite Membran 26 bzw. 36 sind also an einander zugewandten Ausströmenden 21, 31 der Druckkammern 18, 28 vorgesehen, wobei die zweite Membran 36 größer als die erste Membran 26 ist. Dabei hat die durch die zweite Membran 36 verschlossene Öffnung 34 einen Ausströmquerschnitt bzw. Durchmesser d₂, der kleiner als der Ausströmquerschnitt bzw. Durchmesser d₁ der durch die erste Membran 26 verschlossenen Öffnung 22 ist. Wie ebenfalls aus der 1 ersichtlich, hat die erste Druckkammer 18 aufgrund ihrer geringeren Länge ein geringeres Volumen als die zweite Druckkammer 28.
Die erste und die zweite Druckkammer 18, 28 sind vorzugsweise mit unterschiedlichen Druckgasen befüllt, wobei das Druckgas in der ersten Druckkammer 18 eine geringere Viskosität als das Druckgas in der zweiten Druckkammer 28 aufweist. Beispielsweise kann die erste Druckkammer 18 mit Helium, die zweite Druckkammer 28 mit Argon befüllt sein.
Die erste Druckkammer 18, die Öffnung 22 sowie das darin enthaltene Druckgas bilden einen ersten Druckgasbehälter, die zweite Druckkammer 28, ihre Öffnung 34 sowie das darin befindliche Druckgas bilden einen zweiten Druckgasbehälter.
Um die separate zweite Druckkammer 28 an der ersten Druckkammer 18 zu befestigen, ist ein Diffusorabschnitt 38 vorgesehen, der zwischen den beiden Druckkammern 18, 28 angeordnet und mit deren jeweiliger zylindrischer Wand 20 bzw. 30 vercrimpt ist. Der Diffusorabschnitt 38 ist ebenfalls im wesentlichen zylindrisch mit dem gleichen Durchmesser wie die erste und die zweite Druckkammer 18, 28 ausgebildet und weist in seiner Umfangswand mehrere Ausströmöffnungen 40 auf. Der Diffusorabschnitt 38 ist auf der der Brennkammer 12 abgewandten Seite der ersten Druckkammer 18 angeordnet.
Für den Mindestabstand a zwischen den Ausströmenden 21 und 31, der eingehalten werden sollte, damit sich die Gasströme aus der ersten und aus der zweiten Druckkammer 18, 28 nicht gegenseitig behindern, gilt
wobei d₁ und d₂ jeweils der Durchmesser der ersten bzw. zweiten Öffnung 22, 34 und M₁ und M₂ die molare Masse des Druckgases in der ersten bzw. der zweiten Druckkammer 18, 28 ist. Der Mindestabstand a sollte auch nicht zu weit überschritten werden, da für die in der ersten Druckkammer 18 entstehende Stoßwelle eine möglichst geringe Überbrückungsdistanz zur zweiten Druckkammer 28 wünschenswert ist. Daher entspricht die Länge des Diffusorsabschnitts 38 im wesentlichen diesem Mindestabstand a. Bei einer Verwendung von Helium in der ersten Druckkammer 18 und von Argon in der zweiten Druckkammer 28 errechnet sich der Mindestabstand a unter der Annahme, daß d₂ = 0,7 d₁ ist, zu a ≈ 0,85 d₁. Bei Verwendung gleicher Gase gilt a = 0,25 (d₁ + d₂) = 0,425 d₁.
Zwischen der Brennkammer 12 und der Druckkammer 18 ist ebenfalls eine Öffnung 42 vorgesehen, die durch eine Blende 44 begrenzt und durch eine dritte Membran 46 verschlossen ist. Auf der Brennkammerseite der Öffnung 42 ist vor der Membran 46 zudem ein Sieb 48 angeordnet.
Zur Aktivierung des dem Gasgenerator 10 zugeordneten Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems wird der Zünder 14 aktiviert und der pyrotechnische Treibstoff 16 in der Brennkammer abgebrannt. Das dabei entstehende heiße Druckgas zerstört die dritte Membran 46, wodurch sich ein abrupter Druckabfall ergibt, durch den eine Stoßwelle erzeugt wird. Diese breitet sich in Axialrichtung A von links nach rechts schlagartig durch die erste Druckkammer 18 aus und zerstört die erste Membran 26, so daß in der Folge ein Gemisch aus dem erzeugten Heißgas sowie dem in der ersten Druckkammer 18 (bzw. dem ersten Druckgasbehälter) gespeicherten Druckgas in den Diffusorabschnitt 38 gelangen kann. Aufgrund des vergleichsweise geringen Abstands a zwischen den Ausströmenden 21, 31 der Druckkammern 18, 28 kann die Stoßwelle diese Distanz überbrücken und zerstört auch die Membran 36, die die Öffnung 34 verschließt. Daher kann auch aus der zweiten Druckkammer 28 (bzw. dem zweiten Druckgasbehälter) Druckgas (hier Kaltgas) ausströmen.
Aufgrund der höheren Viskosität des Druckgases in der zweiten Druckkammer 28, die gleichbedeutend mit einer geringeren Ausströmgeschwindigkeit ist, des größeren Volumens der zweiten Druckkammer 28 sowie der Drossel 50 strömt aus der zweiten Druckkammer Druckgas sowohl langsamer als auch länger aus als dies bei der ersten Druckkammer 18 der Fall ist, wodurch die Standzeit des Gasgenerators 10 erhöht wird. Auch die geringere Temperatur bewirkt ein langsameres Ausströmen des Druckgases aus der zweiten Druckkammer 28. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung lassen sich auch Standzeiten von mehr als 5 Sekunden erreichen, vorzugsweise beträgt die Standzeit etwa 100 Millisekunden. Dennoch sorgt der Gasgenerator 10 durch das in der Brennkammer 12 erzeugte und das in der ersten Druckkammer 18 gespeicherte, rasch ausströmende Druckgas für eine rasche Befüllung etwa eines Gassacks.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1544060 A1 [0002]

Claims

Gasgenerator, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit einer mit einem pyrotechnischen Treibstoff (16) gefüllten Brennkammer (12) und einem der Brennkammer (12) zugeordneten Zünder (14) sowie einer an die Brennkammer (12) angrenzenden, mit Druckgas gefüllten Druckkammer (18), die eine von der Brennkammer (12) entfernte, durch eine erste Membran (26) verschlossene Öffnung (22) aufweist, wobei die Membran (26) auf Aktivieren des Zünders (14) hin zerstört wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite mit Druckgas gefüllte Druckkammer (28) vorgesehen ist, die eine durch eine zweite Membran (36) verschlossene Öffnung (34) aufweist, wobei die zweite Membran (36) auf Aktivieren des Zünders (14) hin ebenfalls zerstört wird und aus der zweiten Druckkammer (28) Druckgas länger ausströmt als Druckgas aus der ersten Druckkammer (18), um die Standzeit des Gasgenerators (10) zu erhöhen.
Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (12), die erste Druckkammer (18) und die zweite Druckkammer (28) in Axialrichtung (A) hintereinander angeordnet sind.
Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckkammer (18) durch eine dritte Membran (46) von der Brennkammer (12) getrennt ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Membran (26, 36) an einander zugewandten Ausströmenden (21, 31) der Druckkammern (18, 28) vorgesehen sind.
Gasgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Mindestabstand a zwischen den Ausströmenden (21, 31) der Druckkammern (18, 28) gilt:
wobei d₁ und d₂ jeweils der Durchmesser der ersten bzw. zweiten Öffnung (22, 34) und M₁ und M₂ die molare Masse des Druckgases in der ersten bzw. der zweiten Druckkammer (18, 28) ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Diffusorabschnitt (38) mit mehreren Ausströmöffnungen (40) vorgesehen ist, der zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer (18, 28) angeordnet ist.
Gasgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusorabschnitt (38) auf der der Brennkammer (12) abgewandten Seite der ersten Druckkammer (18) angeordnet ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckkammer (28) eine in unmittelbarer Nähe der zweiten Membran (36) angeordnete Drossel (50) aufweist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckkammer (18) ein geringeres Volumen als die zweite Druckkammer (28) aufweist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Druckkammer (18, 28) mit unterschiedlichen Druckgasen gefüllt sind.
Gasgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas in der ersten Druckkammer (18) eine geringere Viskosität als das Druckgas in der zweiten Druckkammer (28) aufweist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Membran (36) eine im Querschnitt kleinere Öffnung (34) abdeckt als die erste Membran (26).
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Membran (36) größer als die erste Membran (26) ist.
Verfahren zum Aktivieren eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems, mit einem Gasgenerator (10), der eine Brennkammer (12) mit einem zugeordneten Zünder (14), einen der Brennkammer (12) nahen ersten Druckgasbehälter und einen von der Brennkammer (12) entfernten zweiten Druckgasbehälter aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – der Zünder (14) wird aktiviert und – Druckgas strömt sowohl aus dem ersten als auch aus dem zweiten Druckgasbehälter aus, wobei aus dem zweiten Druckgasbehälter länger Druckgas ausströmt als aus dem ersten Druckgasbehälter, um die Standzeit des Gasgenerators (10) zu erhöhen.