DE102011115517A1

DE102011115517A1 - Gasgenerator, Fahrzeugpersonenschutzsystem und Verfahren zum Schutz der Umgebung eines Gasgenerators

Info

Publication number: DE102011115517A1
Application number: DE201110115517
Authority: DE
Inventors: Jan Feucht; Martin Müller
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2013-04-11

Abstract

Ein Gasgenerator, insbesondere für ein Fahrzeugpersonenschutzsystem, hat ein Gehäuse (12), in dem eine einen pyrotechnischen Treibsatz (16) enthaltende Brennkammer (18), in der Heißgas erzeugt wird, angeordnet ist und das wenigstens eine Ausströmöffnung (20) aufweist. Im Gehäuse (12) ist ein Löschmittel (22) aufgenommen, wobei das Löschmittel (22) so angeordnet ist, dass es bei der Aktivierung des Gasgenerators (10) aus der Ausströmöffnung (20) austritt und in die Umgebung der Ausströmöffnung (20) gelangt. Das Löschmittel (22) wird beim Austreten aus dem Gasgenerator (10) durch das Heißgas in die unmittelbare Umgebung der Ausströmöffnung (20) transportiert, durch aus der Ausströmöffnung (20) austretendes Heißgas zerstäubt und in der unmittelbaren Umgebung des Gasgenerators (10) abgelagert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere für ein Fahrzeugpersonenschutzsystem.
Gasgeneratoren mit pyrotechnischen Treibsätzen, die zum Betrieb eines Schutzsystems ein Heißgas erzeugen, werden beispielsweise zum Betrieb von Gurtstraffern oder zum Füllen von Gassäcken eingesetzt. Derartige Vorrichtungen sind oft in der Fahrzeugverkleidung oder einem Fahrzeugsitz untergebracht und können sich in unmittelbarer Nähe von hitzeempfindlichen Gewebe- oder Schaumstoffteilen befinden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfachen Weg vorzustellen, um die Umgebung eines derartigen Gasgenerators vor stärkerer Hitzeeinwirkung durch das ausströmende Heißgas zu schützen bzw. die Ansprüche an die Einbauumgebung bezüglich Hitzeschutz zu reduzieren.
Erfindungsgemäß ist hierzu ein Gasgenerator vorgesehen, mit einem Gehäuse, in dem eine einen pyrotechnischen Treibsatz enthaltende Brennkammer, in der Heißgas erzeugt wird, angeordnet ist, und das wenigstens eine Ausströmöffnung aufweist, sowie einem im Gehäuse aufgenommenen Löschmittel. Das Löschmittel ist so angeordnet, dass es bei der Aktivierung des Gasgenerators aus der Ausströmöffnung austritt und in die Umgebung der Ausströmöffnung gelangt. Das aus dem Gasgenerator austretende Löschmittel ist sowohl in Kontakt mit dem Heißgas, das vom Gasgenerator erzeugt wird, als auch in Kontakt mit der Umgebung des Gasgenerators, also beispielsweise Schaumstoffen und Geweben, und kann so verhindern, dass sich das Material stark erhitzt bzw. dass es zu einer Pyrolyse oder Entflammung kommt.
Um das Löschmittel möglichst frühzeitig und in ausreichender Konzentration in die unmittelbare Umgebung des Gasgenerators zu bringen, ist das Löschmittel im Gasgenerator vorzugsweise in unmittelbarer Nähe zur wenigstens einen Ausströmöffnung angeordnet. Auf diese Weise kann es durch austretendes Heißgas zerstäubt werden und in kleine Tropfen oder Partikel zerteilt werden. Bevorzugt tritt in sehr kurzer Zeit in der ersten Gasausströmphase nach der Aktivierung des Gasgenerators bereits der Großteil des Löschmittels aus dem Gasgenerator aus. Dabei kann eine komplette Durchmischung und Homogenisierung des Löschmittels mit dem Heißgas stattfinden.
Die Ausströmöffnung ist insbesondere sowohl für den Austritt von Löschmittel als auch Heißgas vorgesehen.
Das Löschmittel enthält bevorzugt einen Stoff mit inhibierender Wirkung. Der Stoff kann eine brand- oder flammhemmende Wirkung entfalten, er kann auch einen antikatalytischen Effekt aufweisen. Geeignete Stoffe mit inhibierender Wirkung sind der Fachwelt bekannt, beispielsweise im Bereich des Feuerlöschwesens (siehe z. B. entsprechende Wikipedia-Einträge). Ein inhibierendes Löschmittel bindet die Radikale, die für den Ablauf der Reaktionskette in der Verbrennungsreaktion verantwortlich sind. Die Reaktionskette wird dadurch unterbrochen und der chemische Vorgang der Verbrennung verhindert.
Ein Stoff mit einer derartigen inhibierenden Wirkung kann dem Löschmittel beigemischt sein, das Löschmittel kann aber auch vollständig aus einem solchen Stoff oder einer Mischung solcher Stoffe bestehen.
Das Löschmittel kann einen Feststoff enthalten. Beispielsweise ist das Löschmittel ein geeignetes Löschpulver oder enthält dieses. Es ist auch möglich, einen Schaumstoff vorzusehen, der mit einem vorher aufgebrachten, inhibierend wirkenden Stoff versehen ist. In einer anderen Alternative ist das Löschmittel ein Schaumstoff, der mit einer geeigneten Flüssigkeit getränkt ist.
Das Löschmittel kann auch eine Flüssigkeit enthalten oder komplett aus einer Flüssigkeit bestehen. Beispielsweise kann Wasser mit geeigneten Gefrierpunkt herabsetzenden Zusätzen (z. B. CaCl₂) verwendet werden, wie es bereits für Gasgeneratoren bekannt ist. In jedem Fall ist die Flüssigkeit nicht entzündbar.
Optional ist das Löschmittel in einem Behälter aufgenommen, der bis zur Aktivierung des Gasgenerators hermetisch verschlossen ist. Dies bietet sich vor allem an, wenn das Löschmittel eine Flüssigkeit oder ein Pulver ist.
Falls das Löschmittel ein Festkörperblock oder ein Schaumstoffkörper ist, kann es auch ohne umgebende Hülle im Gasgenerator aufgenommen sein.
Es ist möglich, das Löschmittel in der Brennkammer anzuordnen. Das Löschmittel kann aber auch in einer an die Brennkammer anschließenden, eine Ausströmöffnung in die Umgebung des Gasgenerators enthaltenden Kammer oder an anderer geeigneter Stelle vorgesehen sein.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeugpersonenschutzsystem mit einem Gasgenerator, wie er gerade beschrieben wurde, wobei das Löschmittel beim Austreten aus dem Gasgenerator durch das Heißgas in die unmittelbare Umgebung der Ausströmöffnung transportiert wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schutz der Umgebung eines Gasgenerators, insbesondere in einem Fahrzeugpersonenschutzsystem, bei dem ein im Gasgenerator aufgenommenes Löschmittel bei der Aktivierung des Gasgenerators durch aus einer Ausströmöffnung austretendes Heißgas zerstäubt und in der unmittelbaren Umgebung des Gasgenerators abgelagert wird.
Vorzugsweise tritt das Löschmittel hauptsächlich in einer ersten Phase der Aktivierung des Gasgenerators aus diesem aus, sodass die höchste Konzentration von Löschmittel im austretenden Heißgas direkt nach der Aktivierung des Gasgenerators vorliegt.
Das Löschmittel lagert sich bevorzugt in der unmittelbaren Umgebung des Gasgenerators ab, beispielsweise im Verdämmungsmaterial um einen Gurtstraffer oder dem einen Gasgenerator im Fahrzeugsitz umgebenden Schaumstoff, aber auch beispielsweise am Gewebe am Einblasmund eines Gassacks oder an einem der Ausströmöffnung gegenüberliegenden Gassackabschnitt.
Beim Austreten aus dem Gasgenerator entfaltet das Löschmittel vorzugsweise einen kühlenden Effekt auf das austretende Heißgas und/oder die unmittelbare Umgebung der Austrittsöffnung des Gasgenerators, sodass eine Schädigung oder Entzündung durch die Hitze des ausströmenden Gases verhindert wird. Wenn das Löschmittel eine inhibierende und/oder antikatalytische Wirkung aufweist, werden auch chemische Reaktionen im Heißgas direkt durch das Löschmittel gestoppt. Damit wird auch verhindert, dass weitere Wärme außerhalb des Gasgenerators im austretenden Gas entsteht.
Aufgrund der Ablagerung auf den Materialien und Bauteilen in der Umgebung des Gasgenerators kann dort ein starkes Erhitzen bzw. Entflammen der Materialien von vornherein verhindert werden.
Die schützende Wirkung bleibt auch bestehen, wenn das Löschmittel im Wesentlichen vollständig aus dem Gasgenerator ausgetreten ist und beim weiteren Betrieb des Gasgenerators in einer späteren Gasaustrittsphase im Wesentlichen nur noch Heißgas ausströmt, da die inhibierende Wirkung auftritt, sobald das Heißgas in Kontakt mit dem in der Umgebung des Gasgenerators angelagerten Löschmittel kommt.
Wenn das Löschmittel ein Schaumstoff ist, kann dieser durch das austretende Heißgas in kleinste Partikel zerstäubt werden, wobei die große Oberfläche der einzelnen Schaumstoffpartikel chemische Reaktionen im Heißgas stoppt. Dies gilt vor allem, wenn der Schaumstoff mit einem inhibierenden Stoff versehen ist und somit neben einem Kühleffekt auch ein flammhemmender und brandverhindernder Effekt auftritt.
Eine homogene Durchmischung mit dem Heißgas ist wünschenswert, um das Löschmittel gleichmäßig in der Umgebung des Gasgenerators zu verteilen. Das unter hohem Druck aus dem Gasgenerator austretende Heißgas lässt sich dabei ausnutzen, um eine gute Durchmischung zu erreichen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gasgenerators in der ersten Gasaustrittsphase nach der Aktivierung des Gasgenerators; und
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugpersonenschutzsystems in Form eines Gurtstraffers mit einem erfindungsgemäßen Gasgenerator.
In 1 ist sehr schematisch ein Gasgenerator 10 gezeigt, der ein Gehäuse 12 aufweist, das ihn gegen die Umgebung abschließt. An einer Stirnseite des Gehäuses 12 ist ein Anzünder 14 vorgesehen, der mit einem Treibsatz 16 aus einem pyrotechnischen Festtreibstoff verbunden ist. Der Treibsatz 16 befindet sich in einer Brennkammer 18, die wenigstens eine Ausströmöffnung 20 in die Umgebung des Gasgenerators 10 aufweist, durch die das aus dem Treibsatz 16 entstehende Heißgas aus dem Gasgenerator 10 austritt.
Natürlich könnte das Gehäuse 12 in mehrere Kammern unterteilt sein, und es ist auch möglich, weitere von Gasgeneratoren bekannte Bauteile wie beispielsweise Filter vorzusehen sowie die Ausströmöffnung 20 an anderer Stelle anzuordnen.
Ein Löschmittel 22 ist im Gehäuse 12 aufgenommen und hier in unmittelbarer Nähe zur Ausströmöffnung 20, nämlich auf gleicher axialer Höhe zu der Ausströmöffnung 20 des Gasgenerators 10 angeordnet. In diesem Beispiel liegt das Löschmittel 22 direkt in der Brennkammer 18, es könnte aber auch an anderer Stelle im Gasgenerator platziert sein.
Im hier gezeigten Beispiel besteht das Löschmittel 22 aus einem Schaumstoffblock, in dessen Zellen eine größere Menge eines inhibierend wirkenden Stoffs aufgenommen ist. Zur Herstellung des Löschmittels 22 kann beispielsweise ein Schaumstoffblock mit einem inhibierend wirkenden Stoff getränkt werden oder mit einer einen solchen Stoff enthaltenden Flüssigkeit, die anschließend verdunstet.
Es ist möglich, das Löschmittel 22 mit einem Behältnis zu umgeben, beispielsweise einer Folie, welches durch den im Inneren des Gasgenerators 10 herrschenden Gasdruck bei der Aktivierung des Gasgenerators 10 geöffnet wird.
Es ist aber auch möglich, je nach verwendeten Stoffen, das Löschmittel 22 ohne weitere Umhüllung im Gasgenerator 10 anzuordnen.
Bei der Aktivierung des Gasgenerators wird der Anzünder 14 gezündet und setzt den Treibsatz 16 in Brand, sodass in der Brennkammer 18 ein unter hohem Druck stehendes Heißgas erzeugt wird. Nach Freigeben der Ausströmöffnung 20 durch Zerbersten einer hier nicht gezeigten Membran strömt das Heißgas aus der Ausströmöffnung 20 und reißt dabei das Löschmittel 22 mit aus dem Gasgenerator 10 hinaus. Aufgrund des hohen Drucks des Heißgases wird das Löschmittel 22 in kleinste Partikel 24 zerstäubt.
Der im Löschmittel 22 enthaltene inhibierende Stoff bewirkt, dass chemische Reaktionen im Heißgas oder mit der Umgebung des Gasgenerators, beispielsweise Verdämmmaterial, Schaumstoffen oder Geweben, sofort unterbunden werden. Aufgrund der großen Oberfläche der Partikel 24 kann ein Großteil des austretenden Heißgases mit dem Löschmittel 22 reagieren.
Außerdem hat das Löschmittel 22, gerade in Form von kleinen Partikeln 24, wegen aufgrund der großen Oberfläche eine Kühlwirkung bzw. inhibierende Wirkung auf das austretende Heißgas und auch auf die Umgebung des Gasgenerators 10.
Das Löschmittel 22 wird hauptsächlich in einer ersten Phase der Aktivierung des Gasgenerators am Anfang des Austretens des Heißgases aus dem Gasgenerator 10 ausgetragen.
Die Partikel 24 lagern sich jedoch in der unmittelbaren Umgebung des Gasgenerators 10 beziehungsweise der Ausströmöffnung 20 am umgebenden Material 26 ab (schematisch in 1 dargestellt), wo sie weiterhin ihre flammhemmende, inhibierende Wirkung entfalten, wenn weiteres Heißgas aus dem Gasgenerator ausströmt. Auf diese Weise wird ein wirksamer Schutz der Umgebung des Gasgenerators 10 gegenüber schädigender Hitzeeinwirkung erreicht.
Das mit hohem Druck austretende Heißgas zerstäubt das Löschmittel 22 und bewirkt eine homogene Verteilung im austretenden Gasstrom, sodass die Umgebung des Gasgenerators 10 im Bereich der Ausströmöffnung 20 gleichmäßig mit Löschmittel 22 bedeckt werden kann.
Das Löschmittel 22 besteht in alternativen Ausführungsformen aus einem Löschpulver, aus einem Schaumstoff, der mit einem Löschmittel getränkt ist, oder aus einer Löschflüssigkeit, beispielsweise Wasser mit Gefrierpunkt senkenden Zusätzen.
Falls das Löschmittel 22 eine Flüssigkeit ist, wird diese von den austretenden Heißgasen beim Austritt aus der Ausströmöffnung 20 des Gasgenerators 10 in kleinste Tröpfchen zerstäubt. Diese lagern sich, wie oben für die Partikel 24 beschrieben, ebenfalls in der direkten Umgebung des Gasgenerators 10 bzw. der Austrittsöffnung 20 ab und schützen das Material. Durch das Zerstäuben wird außerdem eine gute Kühlwirkung für das ausströmende Heißgas erreicht.
Verdampfende Anteile der Flüssigkeit tragen außerdem zum austretenden Gasvolumen bei und unterstützen einen Betrieb eines Gurtstraffers oder das Füllen eines Gassacks.
Es ist möglich, ein Behältnis, das das Löschmittel 22 umgibt, so auszulegen, dass es durch eine sich bewegende Mechanik (hier nicht dargestellt) geöffnet wird, wie dies von anderen Gasgeneratoren bekannt ist.
2 zeigt einen Gurtstraffer 100 mit einem Gasgenerator 10 als Anwendungsbeispiel für ein Fahrzeugpersonenschutzsystem mit einem oben beschriebenen Gasgenerator 10.
Ein solcher Gurtstraffer 100, der mit einem Gurtaufroller 102 zusammenwirkt, ist beispielsweise in der B-Säule hinter einer Fahrzeugverkleidung aufgenommen und ist von Dämmmaterial umgeben. In diesem Fall wird das Löschmittel 22 bei der Aktivierung des Gasgenerators 10 in die direkte Umgebung und des Gurtaufrollers 102 gebracht und lagert sich im Dämmmaterial ab. Dort verhindert es ein Entzünden des Dämmmaterials und schützt auch durch die Kühlwirkung das Dämmmaterial vor schädigender Hitzeeinwirkung.

Claims

Gasgenerator, insbesondere für ein Fahrzeugpersonenschutzsystem, mit einem Gehäuse (12), in dem eine einen pyrotechnischen Treibsatz (16) enthaltende Brennkammer (18), in der Heißgas erzeugt wird, angeordnet ist und das wenigstens eine Ausströmöffnung (20) aufweist, sowie einem im Gehäuse (12) aufgenommenen Löschmittel (22), wobei das Löschmittel (22) so angeordnet ist, dass es bei der Aktivierung des Gasgenerators (10) aus der Ausströmöffnung (20) austritt und in die Umgebung der Ausströmöffnung (20) gelangt.
Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel (22) einen Stoff mit inhibierender Wirkung enthält.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel (22) einen Feststoff enthält.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel (22) eine Flüssigkeit enthält.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel (22) in einem Behälter aufgenommen ist, der bis zur Aktivierung des Gasgenerators (10) hermetisch verschlossen ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel (22) in der Brennkammer (18) angeordnet ist.
Fahrzeugpersonenschutzsystem mit einem Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel (22) beim Austreten aus dem Gasgenerator (10) durch das Heißgas in die unmittelbare Umgebung der Ausströmöffnung (20) transportiert wird.
Verfahren zum Schutz der Umgebung eines Gasgenerators, insbesondere in einem Fahrzeugpersonenschutzsystem, bei dem ein im Gasgenerator (10) aufgenommenes Löschmittel (22) bei der Aktivierung des Gasgenerators (10) durch aus einer Ausströmöffnung (20) austretendes Heißgas zerstäubt und in der unmittelbaren Umgebung des Gasgenerators (10) abgelagert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel (22) wenigstens einen Stoff mit inhibierender und/oder antikatalytischer Wirkung enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschmittel (22) einen kühlenden Effekt auf das austretende Heißgas und/oder die unmittelbare Umgebung des Gasgenerators (10) hat.