DE102008022749A1

DE102008022749A1 - Gasgenerator

Info

Publication number: DE102008022749A1
Application number: DE200810022749
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. Jung
Original assignee: TRW Airbag Systems GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: DE102008022749B4

Abstract

Ein Gasgenerator (10), insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem weist wenigstens eine Kammer (20) auf, die ein gaserzeugendes Mittel (22) enthält. Das gaserzeugende Mittel (22) liegt in der Kammer zusammen mit einem Aerogel-Pulver (44) vor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit wenigstens einer Kammer, die ein gaserzeugendes Mittel enthält.
Sicherheitseinrichtungen in Fahrzeugen müssen im Notfall innerhalb von wenigen Millisekunden aktiviert werden. Dies gilt für aufblasbare Rückhalteeinrichtungen wie Airbags ebenso wie für Gurtstraffer, Kniefänger und dergleichen. Pyrotechnische Gasgeneratoren eignen sich zur Aktivierung von solchen Sicherheitseinrichtungen, da sie die benötigte Gasmenge ausreichend rasch produzieren. Andererseits ist die Verwendung von pyrotechnischen Treibladungen problematisch, weil außer Stickstoff auch unerwünschte toxische Gase und Festteilchen entstehen können, die ausgefiltert werden müssen.
Seit einiger Zeit werden daher sogenannte Hybridgasgeneratoren verwendet, die üblicherweise einen Druckbehälter mit unter Druck stehendem Gas enthalten, der durch eine zerstörbare Membran verschlossen ist. Des weiteren enthalten diese Gasgeneratoren noch einen pyrotechnischen Treibsatz, der bei Zündung heiße Verbrennungsprodukte erzeugt, die sich mit dem in dem Druckbehälter enthaltenen Gas vermischen. Das so entstehende Mischgas gelangt dann in ein Rückhaltemittel, beispielsweise einen Gassack.
Eine besondere Ausgestaltung bei Hybridgasgeneratoren ist die Öffnung der Berstmembrane mittels einer sogenannten Schock- oder Stoßwelle. Dabei ist der mit Druckgas gefüllte Behälter üblicherweise durch zwei Membrane verschlossen. Die erste Membran ist einem Zünder und gegebenenfalls einer Brennkammer zugeordnet, wogegen die zweite Membrane zu einer Auslaßkammer führt. Durch Zerstören der ersten Membrane kommt es zu einem abrupten Druckabfall zwischen dem Druckbehälter und der angrenzenden Kammer (Brennkammer oder Zünderkammer), wodurch eine starke und sich sehr schnell ausbreitende Schockwelle entsteht. Diese Schockwelle durchläuft den Druckbehälter und führt zu einem wesentlich schnelleren Öffnen der zweiten Membrane als bei Gasgeneratoren, bei denen nur durch Druckerhöhung in der Druckkammer aufgrund des erzeugten Gases die Membrane überlastet und zerstört wird.
Schließlich wurde auch die Verwendung von Kaltgasgeneratoren vorgeschlagen, die keinen weiteren pyrotechnischen Treibstoff enthalten, und bei denen die Betätigung der Sicherheitseinrichtung nur durch das im Druckbehälter unter hohem Druck gespeicherte Gas erfolgt. Die Aktivierung der Kaltgasgeneratoren erfolgt meist über einen Hochspannungsfunken oder auch über übliche pyrotechnische Anzünder, die im Falle ihrer Aktivierung einen auf die den Druckbehälter verschließende Membran gerichteten Strom aus heißen Partikeln erzeugen. Beim Auftreffen der heißen Partikel auf die Membran wird diese so geschwächt, daß sie aufreißt und das im Druckbehälter gespeicherte Druckgas freigibt. Dieses Druckgas wird dann der Sicherheitseinrichtung, beispielsweise einem Gassack oder einem pneumatischen Kniefänger, zugeführt.
Bei allen aus dem Stand der Technik bekannten Gasgeneratoren besteht das Problem, daß das in den ersten Millisekunden nach der Aktivierung des Gasgenerators erzeugte Gas sehr aggressiv aus dem Gasgenerator austritt und daher die Bauteile des Gasgenerators gerade zu Beginn der Aufblasphase stark belastet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen funktionssicheren Gasgenerator mit verringerter Bauteilbelastung zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Gasgenerator gelöst, der wenigstens eine Kammer umfasst, die ein gaserzeugendes Mittel enthält, und der dadurch gekennzeichnet ist, daß das gaserzeugende Mittel in der Kammer zusammen mit einem Aerogel-Pulver vorliegt.
Aerogele sind hochporöse Materialien aus Silizium- oder Metalloxiden oder anderen anorganischen und/oder organischen Materialien wie Kohlenstoff und Kunststoffen, mit einer starren, vorgeformten und nicht quellbaren Matrix, die auch bei Austrocknung ihre Porosität behält. Die Porosität der Aerogele liegt üblicherweise im Bereich von zwischen 80 und 99,8%, wobei als Dispersionsmittel meist Luft eingesetzt wird. Aerogele bestehen also zu einem weit überwiegenden Teil aus Gas, insbesondere aus Luft. Die Rohdichte von Aerogelen liegt zwischen 0,003 und 0,5 g/cm³. Die spezifische Oberfläche erreicht Werte von bis zu etwa 2000 m³/g und liegt typischerweise zwischen 600 und 1500 m³/g. Die Korngröße der erfindungsgemäß eingesetzten Aerogel-Pulver liegt vorzugsweise im Bereich von zwischen 1 nm und 10 μm. Die gebildeten Hohlräume können untereinander zusammenhängen oder abgeschlossen sein. Aerogele sind sehr stabil und werden beispielsweise von Metallschmelzen nicht benetzt.
Der erfindungsgemäße Zusatz von Aerogel zum gaserzeugenden Mittel führt dazu, daß bei der Aktivierung des Gasgenerators ein sogenanntes „Pseudogas” freigesetzt wird, das heißt, eine Mischung aus einem Gas und inkompressiblen Kleinstpartikeln aus dem Aerogel-Pulver. Dieses Pseudogas hat aufgrund der höheren molaren Masse der Aerogelteilchen veränderte Material- und Strömungseigenschaften im Vergleich zu reinen Gasen wie Luft, Stickstoff oder Edelgasen. Insbesondere weist das aus dem erfindungsgemäßen Gasgenerator freigesetzte Pseudogas einen geringeren Isentropenkoeffizienten auf, der nahe 1 liegt. Edelgase besitzen im Vergleich dazu einen Isentropenkoeffizienten von etwa 1,6.
Der Isentropenkoeffizient γ ist eine dimensionslose Größe und ist definiert als das Verhältnis der spezifischen Wärmekapazitäten bei konstantem Druck (c_p) und konstantem Volumen (c_v) und bestimmt u. a. die Schallgeschwindigkeit c² eines Gases, c² = γ·R·T. Für ein Pseudogas ergibt sich aus der Literatur ein Isentropenkoeffizient von γ = [cp + n·cs]/[cv + n·cs]wobei c_s die spezifische Wärmekapazität der Kleinstpartikel ist und n das Massenverhältnis zwischen Partikeln und Gas. Die Gaskonstante R des Pseudogases ist R = R0/(1 + m).
So hat reines Argon (c_p = 520 J/kg.K, c_v = 312 J/kg.K,) einen Isotropenkoeffizienten von γ = 1,66, während Argon mit einer Beimischung von Kleinstpartikeln entsprechend n = 1 (c_s = 1000 J/kg.K) einen Isentropenkoeffizient von 1.2 aufweist. Daraus resultiert eine Erniedrigung der Schallgeschwindigkeit um 60%.
Der niedrigere Isentropenkoeffizient des aerogelhaltigen Pseudogases führt also dazu, daß die Strömungsgeschwindigkeit durch eine Auströmöffnung mit definiertem Öffnungsquerschnitt deutlich verringert ist. Ein erfindungsgemäß mit einem Aerogel-Pulver versetztes gaserzeugendes Mittel setzt bei seiner Aktivierung also ein Pseudogas frei, das langsamer und damit weniger aggressiv aus dem Gasgenerator austritt. Gleichzeitig ist der Spitzendruck im aufzublasenden Gassack niedriger. Durch den erfindungsgemäßen Gasgenerator kann deshalb die Bauteilbelastung in der Startphase des Aufblasvorgangs deutlich verringert werden, ohne die Funktionssicherheit zu beeinträchtigen, da das Aerogel-Pulver wegen des hohen Luftanteils als unschädliches Gas anzusehen ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Gasgenerator ein pyrotechnischer Gasgenerator, bei dem das gaserzeugende Mittel aus einem pyrotechnischen Festtreibstoff besteht. Das Aerogel-Pulver bewirkt bei diesem pyrotechnischen Gasgenerator nicht nur eine Senkung der Austrittsgeschwindigkeit des erzeugten Pseudogases, es kann darüber hinaus wegen seiner sehr hohen spezifischen Oberfläche auch als Wärmesenke dienen und das freigesetzte Gasgemisch wirksam abkühlen. Da die Ausströmgeschwindigkeit des Gases temperaturabhängig ist, tritt eine weitere Verringerung der Bauteilbelastungen und des Spitzendrucks im Gassack ein.
Besonders bevorzugt liegt das Aerogel-Pulver getrennt von dem Festtreibstoff in der Brennkammer vor. Beispielsweise können die Zwischenräume zwischen den in der Brennkammer enthaltenen Treibstofftabletten mit Aerogel-Pulver gefüllt sein. Die Befüllung des Gasgenerators mit dem Festtreibstoff kann somit auf herkömmliche Weise, ohne wesentliche Änderung des Herstellungsprozesses, erfolgen. Außerdem muß bei der Treibstoffherstellung nicht auf eine Verträglichkeit der Treibstoffkomponenten mit dem Aerogel-Pulver geachtet werden.
Darüber hinaus bietet die Verwendung eines Festtreibstoffs mit einer massenbezogenen Gasausbeute von über 95%, vorzugsweise 98 bis 100%, zusammen mit dem Aerogel-Pulver besondere Vorteile. Derartige Festtreibstoffe sind auch als „rauchlose Pulver” bekannt und bestehen üblicherweise aus einem organischen Brennstoff und einem rückstandsfrei abbrennenden Oxidator wie Ammoniumnitrat oder Ammoniumperchlorat. Die aus diesen Treibstoffen freigesetzten Gase sind jedoch sehr heiß, so daß aufwendige Kühlvorrichtungen im Gasgenerator notwendig werden. Durch den Zusatz der Aerogel-Pulver gemäß der Erfindung tritt eine merkliche Abkühlung des Gasstroms ein, so daß auf diese Kühlvorrichtungen verzichtet werden kann.
Das Aerogel-Pulver liegt bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eines pyrotechnischen Gasgenerators vorzugsweise mit einem Massenverhältnis n zwischen 0,1 und 5, bezogen auf die Masse des gaserzeugenden Mittels, also des Festtreibstoffs, vor. Unterhalb der angegebenen Grenze von 0,1 ist keine nennenswerte Absenkung der Austrittsgeschwindigkeit des freigesetzten Pseudogases zu erwarten. Ein Massenverhältnis n von mehr als 5 ist aus Kostengründen nicht zu vertreten. Besonders bevorzugt liegt das Massenverhältnis n zwischen 0,1 und 2.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Gasgenerator ein Hybridgasgenerator sein, bei dem die Kammer ein Druckbehälter und das gaserzeugende Mittel ein in dem Druckbehälter gespeichertes, unter Druck stehendes Gas ist. Das Aerogel-Pulver liegt dann zusammen mit dem Druckgas im Druckbehälter vor.
Der Druckbehälter ist üblicherweise durch wenigstens eine Berstmembran verschlossen, die durch Aktivierung eines Zünders oder eines pyrotechnischen Treibstoffs und Einwirkung der aus dem Zünder oder dem Treibstoff freigesetzten Energie zerstört wird. Alternativ dazu kann die Berstmembran durch Einwirkung einer Stoßwelle zerstört werden.
Das aus dem Hybridgasgenerator ausströmende aerogelhaltige Pseudogas weist eine verringerte Austrittsgeschwindigkeit auf.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eines Hybridgasgenerators liegt das Aerogel-Pulver vorzugsweise mit einem Massenverhältnis n zwischen 0,1 und 5, bezogen auf die Masse des gaserzeugenden Mittels, vor. Unterhalb der angegebenen Grenze von 0,1 ist keine nennenswerte Absenkung der Austrittsgeschwindigkeit des aus dem Druckbehälter freigesetzten Pseudogases zu erwarten. Ein Massenverhältnis von mehr als 5 ist aus Kostengründen nicht zu vertreten. Besonders bevorzugt liegt das Massenverhältnis n zwischen 0,1 und 2.
Ferner ist denkbar, das Aerogel-Pulver nicht nur im Druckbehälter des erfindungsgemäßen Hybridgasgenerators anzuordnen, sondern auch in der den pyrotechnischen Treibstoff enthaltenden Brennkammer, wie im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben.
Bei allen oben genannten Ausführungsformen kann vorgesehen sein, daß das Aerogel-Pulver zusätzlich in einer Filterkammer vorliegt, welche der Kammer mit dem gaserzeugenden Mittel nachgeordnet ist.
Besonders bevorzugt wird Siliziumdioxid oder ein Metalloxid wie Eisenoxid, Aluminiumoxid oder Titandioxid, auch im Gemisch miteinander, als Grundlage für das Aerogel-Pulver verwendet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators; und
2 eine Längsschnittansicht durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators, der als Hybridgasgenerator ausgeführt ist.
In 1 ist ein pyrotechnischer Gasgenerator 10 dargestellt, der für ein Insassen-Rückhaltesystem verwendbar ist. Der Gasgenerator weist eine Brennkammer 20 auf, die einen pyrotechnischen Festtreibstoff 22 enthält.
Die Brennkammer 20 ist von einem Filter 30 umgeben, der die Brennkammer 20 von einem Auslaßraum 32 abgrenzt. Die im Außengehäuse des Gasgenerators 10 vorgesehenen Austrittsöffnungen 40 verbinden den Auslaßraum 32 strömungsmäßig mit der aufzublasenden Rückhalteeinrichtung, beispielsweise einem Gassack (hier nicht dargestellt). Die Austrittsöffnungen 40 können innenseitig mit einer Verdämmung 42 versehen sein, die das Eindringen von Feuchtigkeit in den Gasgenerator verhindert.
Dem Fachmann ist bekannt, daß der Filter 30 auch außerhalb einer die Brennkammer umgebenden Wand, in einer den Austrittsöffnungen vorgelagerten Filterkammer (hier nicht gezeigt) angeordnet oder bei Verwendung eines im wesentlichen rückstandsfrei abbrennenden Festtreibstoffs 22 weggelassen werden kann.
Der Gasgenerator 10 weist ferner eine Zünderkammer auf, die einen Zünder 16 und eine Transferladung 14 enthält, welche mit dem Zünder 16 zusammenwirkt. Die Zünderkammer 12 ist durch Übertrittsöffnungen 18 mit der Brennkammer verbunden. Die Übertrittsöffnungen können ebenfalls mit einer Verdämmung zur Abdichtung der Brennkammer verschlossen sein.
Erfindungsgemäß ist in der Brennkammer 20 ein Aerogel-Pulver 44 vorgesehen, das in der 1 durch Punkte angedeutet ist. Das Aerogel-Pulver besteht vorzugsweise aus einem Metalloxid oder Gemischen von Metalloxiden, wie Eisenoxid, Titandioxid, Aluminiumoxid, ganz besonders bevorzugt aus Siliziumdioxid oder Siliziumdioxid im Gemisch mit einem Metalloxid.
Die Rohdichte des Aerogel-Pulvers liegt vorzugsweise zwischen 0,003 und 0,5 g/cm³, besonders bevorzugt zwischen 0,05 und 0,2 g/cm³. Die spezifische Oberfläche des Aerogel-Pulvers beträgt bis zu etwa 2000 m³/g und liegt vorzugsweise zwischen 600 und 1000 m³/g. Die Teilchengröße der erfindungsgemäß eingesetzten Aerogel-Pulver liegt vorzugsweise im Bereich von zwischen 1 nm und 10 μm.
Die Porosität des erfindungsgemäß eingesetzten Aerogels liegt bevorzugt im Bereich zwischen 90 und 99,8%, besonders bevorzugt zwischen 95 und 98%. Das Dispersionsmittel ist vorzugsweise Luft.
In dem in 1 gezeigten Gasgenerator 10 liegt das Aerogel-Pulver getrennt von dem Festtreibstoff 22 vor. Beispielsweise kann das Aerogel-Pulver in die Zwischenräume zwischen den Pellets des Festtreibstoffs 22 eingebracht sein, die in loser Schüttung in der Brennkammer 20 enthalten sind. Alternativ dazu oder zusätzlich kann das Aerogel-Pulver auch in die Hohlräume im Filter 30 oder in eine stromabwärts der Brennkammer 20 angeordneten Filterkammer (nicht gezeigt) eingebracht werden.
Das Aerogelpulver ist vorzugsweise in einem Massenverhältnis zwischen 0,1 und 5, bezogen auf die Masse des Festtreibstoffs 20 in die Brennkammer 20 eingebracht.
Der Festtreibstoff 22 brennt nach seiner Aktivierung durch den Zünder 16 und die Transferladung 14 innerhalb von wenigen Millisekunden ab und erzeugt dabei ein heißes Gas. In der Anfangsphase der Aktivierung wird durch den Treibstoffabbrand der Druck in der Brennkammer 20 bzw. im Inneren des Gasgenerators 10 erhöht, bis die Verdammung 42 vor den Austrittsöffnungen 40 aufreißt und das aus dem Festtreibstoff 22 erzeugte Gas durch die Austrittsöffnungen 40 in den aufzublasenden Gassack austritt. Das in der Brennkammer vorliegende Aerogel-Pulver wird von dem aus dem Festtreibstoff 22 erzeugten Gas mitgerissen und mit diesem vermischt. Dadurch tritt bereits eine erhebliche Abkühlung des freigesetzten Gasgemischs auf, da das Aerogel-Pulver wegen seiner hohen spezifischen Oberfläche eine große Energiemenge aufnehmen kann. Dies ermöglicht den Einsatz eines rückstandsfrei abbrennenden Festtreibstoffs 22, beispielsweise eines organischen Brennstoffs im Gemisch mit Ammoniumnitrat als Oxidator, so daß auf das Filter 30 verzichtet werden kann. Da sich das Aerogel- Pulver bereits vor der Austrittsöffnung 40 mit dem aus dem Festtreibstoff 22 freigesetzten Heißgas zu einem sogenannten „Pseudogas” vermischt, ist wegen der höheren Molmasse des Gasgemischs auch die Strömungsgeschwindigkeit in der Austrittsöffnung 40 langsamer. Die Gefahr einer Beschädigung nachgeordneter Bauteile wird somit erheblich verringert. Außerdem können Druckspitzen im Gassack abgebaut werden.
In der Ausführungsform nach 2 ist ein langgestreckter Rohrgasgenerator 100 zum Aufblasen z. B. eines Gassacks dargestellt. Der Gasgenerator 100 besitzt einen langgestreckten, zylinderförmigen Druckgasbehälter 112, der an einem axialen Ende eine von einer ersten Berstmembran 114 verschlossene Ausströmöffnung 116 aufweist. Bei der ersten Membran 114 hat die Ausströmöffnung einen engsten Durchmesser d, der im Normalfall kleiner ist als der Durchmesser D des Druckgasbehälters 112.
Im gezeigten Fall ist die Ausströmöffnung 116 von einem optionalen Diffusor 118 überdeckt, der für eine Verteilung des austretenden Gases sorgt.
An dem der ersten Berstmembran 114 gegenüberliegenden axialen Ende des Gasgenerators 100 ist ein Anzünder 120 vorgesehen, der in bekannter Weise aufgebaut ist. Ein im Anzünder 120 angeordneter Zündsatz wird elektrisch von außen gezündet, wenn der Gasgenerator 100 aktiviert werden soll. Zwischen dem Anzünder 120 und dem Druckgasbehälter 112 ist ein Anzünderraum 122 vorgesehen, der deutlich kleiner ist als der Druckgasbehälter 112. Der Anzünderraum 122 ist vom Druckgasbehälter 112 durch eine zweite Berstmembran 124 zunächst gasdicht getrennt.
Im Druckgasbehälter 112 ist ein unter Druck stehendes Gas 126 aufgenommen, das Wasserstoff, Helium Argon, Neon, Stickstoff, Kohlendioxid, Schwefelhexafluorid, Sauerstoff, Distickstoffoxid oder eine Mischung aus wenigstens zweien dieser Gase sein kann. Bevorzugt ist das Druckgas 126 Helium, ein Gemisch aus Argon und Helium oder Luft.
Erfindungsgemäß ist dem Druckgas ein Aerogel-Pulver 128 beigemischt. Das Aerogel-Pulver besteht vorzugsweise aus einem Metalloxid oder einem Gemisch von Metalloxiden, wie Eisenoxid, Titandioxid, Aluminiumoxid, besonders bevorzugt aus Siliziumdioxid oder Gemischen von Siliziumdioxid und einem Metalloxid. In der 2 ist das Aerogel-Pulver 128 durch Punkte angedeutet.
Die Rohdichte des Aerogel-Pulvers liegt vorzugsweise zwischen 0,003 und 0,5 g/cm³; besonders bevorzugt zwischen 0,05 und 0,2 g/cm³. Die spezifische Oberfläche des Aerogel-Pulvers beträgt bis zu etwa 2000 m³/g und liegt vorzugsweise zwischen 600 und 1000 m³/g. Die Teilchengröße der erfindungsgemäß eingesetzten Aerogel-Pulver liegt vorzugsweise im Bereich von zwischen 1 nm und 10 μm.
Die Porosität des erfindungsgemäß eingesetzten Aerogels liegt bevorzugt im Bereich zwischen 90 und 99,8%, besonders bevorzugt zwischen 95 und 98%. Das Dispersionsmittel ist vorzugsweise Luft.
Das Aerogel-Pulver 128 liegt vorzugsweise in einem Massenverhältnis n zwischen 0,1 und 5, bezogen auf die Masse des Druckgases 126 des Druckbehälters 112, vor.
Besonders bevorzugt ist das Gesamtgewicht des zum Druckgas 126 beigemischten Aerogel-Pulvers 128 ist höchstens so groß wie das Gesamtgewicht des Druckgases 126. Auch in diesem Fall besteht der weit überwiegende Teil der Füllung des Druckgasbehälters 112 aus dem Druckgas 126, da Festkörper eine weit größere Masse aufweisen als Gase, insbesondere Wasserstoff oder Helium.
Der im Druckgasbehälter 112 herrschende Druck p_DGB liegt vor Aktivierung des Gasgenerators 100 in etwa zwischen 240 und 1500 bar (bei 20°C).
Bei der Aktivierung des Gasgenerators 100 wird der Anzünder 120 gezündet, woraufhin seine Treibladung und eventuell im Anzünderraum 122 vorhandenes, weiteres brennbares Material verbrennt und heißes Gas mit der Masse M_A und der Temperatur T_A erzeugt. Die Temperatur T_A kann beispielsweise in der Größenordnung von 2900 K liegen.
Der Druck p_A im Anzünderraum 122 steigt dadurch an. Der Berstdruck der zweiten Berstmembran 124 liegt zwischen 0,75 p_DGB und 1,25 p_DGB, was bei einem Druck p_DGB von 500 bar zu einem Mindestwert für p_A von 875 bis 1125 bar führt. Ist dieser Druck überschritten, gibt die zweite Berstmembran 124 schlagartig nach, so daß der Anzünderraum 122 gegenüber dem Druckgasbehälter 112 geöffnet ist.
Die Zerstörung der zweiten Berstmembran 124 und der am Druckgasbehälter 112 schlagartig anliegende hohe Druck hat die Erzeugung einer Stoßwelle S zur Folge, die in Axialrichtung A vom Anzünderraum 122 durch den Druckgasbehälter 112 zur hier am gegenüberliegenden axialen Ende des Gasgenerators 110 liegenden ersten Berstmembran 114 läuft. Beim Auftreffen auf die erste Berst membran 114 wird diese aufgrund der lokalen Druckerhöhung durch die Stoßwelle zerstört, da momentan der Berstdruck der ersten Berstmembran 114 überschritten wird.
Nach Zerstörung der ersten Berstmembran 114 strömen sowohl das im Druckgasbehälter 112 enthaltene Druckgas 126 und das Aerogel-Pulver 128, als auch das vom Anzünder 120 erzeugte Gas aus dem Gasgenerator 100 in dessen Umgebung aus. Das Druckgas 126 muß dabei noch nicht wesentlich erwärmt worden sein.
Die höhere Masse der Teilchen des Aerogel-Pulvers 128 erhöht den Impuls der Stoßwelle S, so daß als Druckgas 126 ein sehr leichtes Gas, nämlich Wasserstoff oder Helium, zum Einsatz kommen und gleichzeitig die Druckdifferenz zwischen dem Druck p_A im Anzünderraum 122 und dem Druck p_DGB im Druckgasbehälter verringert werden kann, ohne die positiven Eigenschaften des Stoßwellenverfahrens aufzugeben.
Die Stoßwellengeschwindigkeit v_s liegt hier zwischen 750 und 1250 m/s. Bei einer Länge L des Druckgasbehälters 112 zwischen ca. 4 und 24 cm beträgt danach die Zeit zwischen dem Öffnen der zweiten und der ersten Berstmembran 124, 114 zwischen 0,03 und 0,35 ms.
Im hier gezeigten Beispiel verläuft die Stoßwelle S sowohl senkrecht zur ersten Berstmembran 114 als auch zur zweiten Berstmembran 124. Die erste Berstmembran 114 und die zweite Berstmembran 124 liegen sich direkt gegenüber. Es ist aber auch möglich, eine Konstruktion einzusetzen, bei der die Stoßwelle S in einem Winkel auf die erste Bestmembran 114 trifft. Genauso ist auch denkbar, die Stoßwelle S entsprechend umzulenken.
Der in 2 gezeigte Gasgenerator 100 kann beispielsweise zur Füllung eines Gassacks einer Beifahrer-Schutzvorrichtung eingesetzt werden. Die Erfindung ist aber nicht auf derartige Gasgeneratoren beschränkt, sondern kann in allen Gasgeneratoren zum Einsatz kommen, in denen eine Stoßwelle zum Öffnen einer Berstmembran verwendet wird.
Ferner ist offensichtlich, daß die Erfindung auch im Zusammenhang mit den im Stand der Technik bekannten Hybridgasgeneratoren und Kaltgasgeneratoren verwendet werden kann, bei denen die Öffnung der den Druckbehälter verschließenden Membran durch einen der Membran zugeordneten pyrotechnischen Treibstoff oder einen pyrotechnischen Zünder erfolgt. Außerdem kann in solchen Hybridgasgeneratoren auch der pyrotechnische Treibstoff zusammen mit einem Aerogel-Pulver vorliegen.

Claims

Gasgenerator (10; 100), insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit wenigstens einer Kammer (20; 112), die ein gaserzeugendes Mittel (22; 126) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das gaserzeugende Mittel (22; 126) in der Kammer (20; 112) zusammen mit einem Aerogel-Pulver (44; 128) vorliegt.
Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gaserzeugende Mittel ein pyrotechnischer Festtreibstoff (22) ist.
Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aerogel-Pulver (24) getrennt von dem Festtreibstoff (22) vorliegt.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Festtreibstoff (22) eine massenbezogene Gasausbeute von über 95% aufweist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aerogel-Pulver (44) in der Kammer (20) in einem Massenverhältnis zwischen 0,1 und 5, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2, bezogen auf das gaserzeugende Mittel (22), vorliegt.
Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer ein Druckbehälter (112) ist und das gaserzeugende Mittel ein in dem Druckbehälter (112) gespeichertes, unter Druck stehendes Gas (126) ist.
Gasgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aerogel-Pulver (128) in der Kammer (112) in einem Massenverhältnis n zwischen 0,1 und 5, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2, bezogen auf die Masse des Druckgases (126), vorliegt.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aerogel-Pulver (44; 128) zusätzlich in einer der Kammer (20; 112) mit dem gaserzeugenden Mittel (22; 126) nachgeordneten Filterkammer vorliegt.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aerogel-Pulver (44; 128) aus Siliziumdioxid, einem Metalloxid oder einem Gemisch von Metalloxiden und Siliziumdioxid besteht.
Gasgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid aus der aus Eisenoxid, Titandioxid, Aluminiumoxid und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aerogel-Pulver (44; 128) eine Rohdichte zwischen 0,003 und 0,5 g/cm³, insbesondere zwischen 0,05 und 0,2 g/cm³, aufweist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aerogel-Pulver (44; 128) eine spezifische Oberfläche zwischen etwa 600 und 2000 m³/g, vorzugsweise bis etwa 1500 m³/g, aufweist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aerogel-Pulver (44; 128) eine Teilchengröße im Bereich von zwischen 1 nm und 10 μm aufweist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aerogel-Pulver (44; 128) eine Porosität im Bereich zwischen 90 und 99,8%, insbesondere zwischen 95 und 98% aufweist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das im Aerogel-Pulver (44; 128) eingesetzte Dispersionsmittel Luft ist.