DE102016001611A1

DE102016001611A1 - Hybridgasgenerator, Verfahren zum Betreiben eines Hybridgasgenerators, Gassackmodul und Fahrzeugsicherheitssystem

Info

Publication number: DE102016001611A1
Application number: DE102016001611.6A
Authority: DE
Inventors: Johannes Ebner; Sebastian Bierwirth; Martin Oberstarr; Detlef Last
Original assignee: TRW Airbag Systems GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2017-08-17
Also published as: CN107082058A; JP6751363B2; US20170232923A1; JP2017154726A; DE202016001333U1; US10336289B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridgasgenerator (10), umfassend eine Brennkammer (20) und einen Druckgasbehälter (30), wobei eine Ausströmöffnung (31) des Druckgasbehälters (30) im Ruhezustand des Hybridgasgenerators (10) mit einem Berstelement (32) verschlossen ist, das im Funktionsfall des Hybridgasgenerators (10) mittels eines Durchdringungselements (40) zerstörbar ist, wobei zwischen dem Druckgasbehälter (30) und der Brennkammer (20) eine Mischkammer (70) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist zwischen der Brennkammer (20) und der Mischkammer (70) zumindest abschnittsweise eine Trennwand (80) mit einer Brennkammerseite (81) und einer Mischkammerseite (82) ausgebildet, wobei die Trennwand (80) mindestens eine Brennkammeröffnung (85) aufweist, die im Ruhezustand des Hybridgasgenerators (10) mit einer auf der Mischkammerseite (82) der Trennwand (80) ausgebildeten Abdeckung (88) verschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridgasgenerator, umfassend eine Brennkammer und einen Druckgasbehälter, wobei eine Ausströmöffnung des Druckgasbehälters im Ruhezustand des Hybridgasgenerators mit einem Berstelement verschlossen ist, das im Funktionsfall des Hybridgasgenerators mittels eines Durchdringungselements zerstörbar ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridgasgenerators, ein Gassackmodul sowie ein Fahrzeugsicherheitssystem.
Insassenrückhaltesysteme für Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise Airbagmodule auf, die einen Gassack umfassen, der im Falle eines Unfalls aufgeblasen wird, um die Wahrscheinlichkeit einer Kollision von Körperteilen eines Fahrzeuginsassen mit einem Fahrzeugbauteil zu reduzieren. Um den Gassack im Falle eines Aufpralls aufzublasen, sind beispielsweise Hybridgasgeneratoren vorgesehen, die aus einem Druckgasbehälter, der im Ruhezustand des Hybridgasgenerators ein komprimiertes Gas bzw. Kaltgas umfasst, und einer pyrotechnischen Baugruppe bestehen, wobei die pyrotechnische Baugruppe zum Auslösen und/oder Aufheizen des ursprünglich komprimierten und im Funktionsfall des Hybridgasgenerators dann ausströmenden Gases dient. Das Druckgas eines solchen Hybridgasgenerators kann zur pyrotechnischen Baugruppe hin druckdicht abgeschlossen sein.
Dies ist beispielsweise durch eine Berstmembran bzw. durch eine Berstkappe, welche im Ruhezustand des Hybridgasgenerators an ihrer äußeren Umfangsseite von dem im Druckgasbehälter gespeicherten Druckgas beaufschlagbar ist bzw. beaufschlagt wird, möglich. Unter dem Begriff „im Ruhezustand” bzw. „im Ruhezustand des Hybridgasgenerators” ist zu verstehen, dass der Hybridgasgenerator noch nicht aktiviert wurde, oder mit anderen Worten, bezogen auf die Berstmembran, dass die Berstmembran verschlossen ist und noch kein Aktivierungssignal vorliegt, auf welches hin die Berstmembran geöffnet bzw. geborsten werden soll.
Die Druckschrift EP 1 053 915 B1 , insbesondere die dortigen 1–4, zeigen den Aufbau eines Hybridgasgenerators mit einer Speicherkammer sowie einer pyrotechnischen Zündungsvorrichtung. Die Speicherkammer ist von einer Brennkammer mit Hilfe eines Innenhütchens bzw. eine Innenmembran getrennt. Im Aktivierungs- bzw. Funktionsfall des Hybridgasgenerators wird das Innenhütchen bzw. die Innenmembran durch eine kolbenartige Vorrichtung aufgetrennt bzw. geöffnet. Hierzu ist ein beweglich gelagerter Kolben sowie eine Führungsvorrichtung vorgesehen, wobei der Kolben im Aktivierungsfall mit einem Druck beaufschlagt wird, so dass der Kolben das Innenhütchen bzw. die Innenmembran durchstößt. Zur Führung des Kolbens sind Stückträger sowie Führungsmittel notwendig. Hierbei handelt es sich um eine relativ komplizierte Konstruktion, welche aus vielen Bauteilen und Dichtungen besteht, die unter anderem mit kostspieligen Bauteiltoleranzen versehen werden müssen.
Außerdem hat sich gezeigt, dass ein Kolben, wie dieser in EP 1 053 915 B1 dargestellt ist, nach Aktivierung des Hybridgasgenerators die Ausströmöffnung eines Druckgasbehälters kurzzeitig wieder verschließen kann, so dass kein kontinuierliches Ausströmen des im Druckgasbehälter befindlichen Gases garantiert werden kann.
Des Weiteren ist es bekannt, dass für die Anzündung von einem pyrotechnischen Treibstoff in Airbag-Gasgeneratoren Öffnungen von einer Brennkammer, in der ein solcher Treibstoff aufgenommen ist, mit einer Verdämmung auf der Innenseite der Brennkammer verschlossen sind, um eine gleichmäßige Anzündung des gesamten Treibstoffes und/oder einen bestimmten Druckaufbau innerhalb der Brennkammer zu erreichen, bevor die Öffnungen der Brennkammer durch Aufplatzen der Verdämmung freigegeben werden. Diese Verdämmung reißt dann bei einem vorbestimmten, erhöhten Druck in der Brennkammer auf. Dieser Druck hängt dabei von der Festigkeit und Dicke der Verdämmung und auch vom Durchmesser der Öffnungen ab. Oftmals ist der Öffnungsdruck der Verdämmung ähnlich dem maximalen Brennkammerdruck. Der relativ hohe Öffnungsdruck führt zu einem schlagartigen Ausströmen von Gasen. Dies ist auch unter dem Begriff „hoher Onset” bekannt, der äußerst hohe Festigkeiten des Modulgehäuses und des Airbags erfordert.
Für die mechanische Öffnung eines Druckgasbehälters wird dessen Berstelement gemäß EP 1 053 915 B1 durch einen Kolben zerstört. Bisherige Hybridgasgeneratoren nutzen zur Bewegung des Mechanismus den durch den pyrotechnischen Abbrand erzeugten Druck in der Brennkammer aus. Dieser Druck in der Brennkammer ist für eine ausreichend sichere Öffnung des Druckbehälters höher als der Innendruck des Druckbehälters. Ein derart notwendiger hoher Druck in der pyrotechnischen Brennkammer erfordert eine ausreichend hohe Festigkeit im Brennkammerdesign. Sobald der Funktionsdruck der Brennkammer höher ausgelegt ist als der Fülldruck des Druckgasbehälters muss die Brennkammer mit einer entsprechend hohen Festigkeit ausgelegt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen weiterentwickelten Hybridgasgenerator anzugeben, um die oben genannten Nachteile zu überwinden. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein weiterentwickeltes Verfahren zum Betreiben eines Hybridgasgenerators anzugeben. Außerdem besteht die Aufgabe darin, ein Gassackmodul mit einem weiterentwickelten Hybridgasgenerator anzugeben. Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Fahrzeugsicherheitssystem mit einem weiterentwickelten Hybridgasgenerator oder mit einem weiterentwickelten Gassackmodul anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf den Hybridgasgenerator durch den Gegenstand des Patentanspruches 1 oder 3, im Hinblick auf das Verfahren zum Betreiben eines Hybridgasgenerators durch den Gegenstand des Patentanspruches 7, im Hinblick auf das Gassackmodul durch den Gegenstand des Patentanspruches 12 und im Hinblick auf das Fahrzeugsicherheitssystem durch den Gegenstand des Patentanspruches 13 gelöst.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hybridgasgeneratoren bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Hybridgasgenerators sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Hybridgasgenerator gemäß Patentanspruch 1 dient vorrangig zur Überwindung des zweitgenannten Nachteiles, wonach ein hoher Öffnungsdruck innerhalb der Brennkammer zu vermeiden ist.
Der Hybridgasgenerator gemäß Patentanspruch 3 dient vorrangig zur Lösung des drittgenannten Nachteils, wonach der nachteilige hohe Funktionsdruck der Brennkammer und eine daraus resultierende notwendige hohe Festigkeit der einzelnen Elemente und/oder Bauteile des Hybridgasgenerators vermieden werden soll.
Gemäß einem ersten Aspekt wird hier ein Hybridgasgenerator angegeben, der eine Brennkammer und einen Druckgasbehälter umfasst, wobei eine Ausströmöffnung des Druckgasbehälters im Ruhezustand des Hybridgasgenerators mit einem Berstelement verschlossen ist, das im Funktionsfall des Hybridgasgenerators mittels eines Durchdringungselements zerstörbar ist.
Das Durchdringungselement kann einen von Gas durchströmbaren Abschnitt und mindestens eine im Ruhezustand zum Berstelement weisende Durchdringungskante aufweisen.
Vorzugsweise kann das Durchdringungselement ausgehend von der Durchdringungskante mindestens eine in Längserstreckung des Durchdringungselements verlaufende Ausnehmung aufweisen.
Demnach ist der Druckgasbehälter im Ruhezustand des Hybridgasgenerators mit einem Berstelement verschlossen. Bei dem Berstelement kann es sich vorzugsweise um eine Berstscheibe bzw. um eine Berstmembran handeln. Dieses Berstelement ist aus einem derartigen Material gefertigt, so dass dieses bei Aktivieren des Hybridgasgenerators mittels eines Durchdringungselementes zerstörbar ist. Das Durchdringungselement ist im Funktionsfall des Hybridgasgenerators, d. h. nach Aktivieren des Hybridgasgenerators in eine Bewegung versetzbar, so dass das Durchdringungselement in Richtung des Berstelements bewegt werden kann.
Im Ruhezustand des Hybridgasgenerators weist eine Durchdringungskante des Durchdringungselements in Richtung des Berstelements. Mit anderen Worten ist das Berstelement fluchtend zum Durchdringungselement bzw. zur Durchdringungskante des Durchdringungselements angeordnet. Das Durchdringungselement weist einen von Gas durchströmbaren Abschnitt auf. Mit anderen Worten ist das Durchdringungselement ein länglicher Körper, der zumindest abschnittsweise derart ausgebildet ist, dass er von Gas durchströmbar ist. Der von Gas durchströmbare Abschnitt bzw. das Durchdringungselement selbst kann beispielsweise größtenteils zylindrisch ausgebildet sein.
Der von Gas durchströmbare Abschnitts ist derart ausgestaltet, dass an dem Durchdringungselement eine Durchdringungskante ausgebildet wird. Ausgehend von der Durchdringungskante kann das Durchdringungselement eine in Längserstreckung des Durchdringungselements verlaufende Ausnehmung aufweisen. Die Ausnehmung ragt demnach bis zur Durchdringungskante und bildet auch in der Durchdringungskante eine Ausnehmung bzw. einen Durchbruch. Als Längserstreckung des Durchdringungselements ist die Erstreckung des Elementes zu verstehen, in der das Durchdringungselement die größte Erstreckung bzw. Länge aufweist. Vorzugsweise stimmt die Längserstreckung der Durchdringungskante mit der Längserstreckung des Hybridgasgenerators überein.
Vorzugsweise ist das Durchdringungselement fluchtend zur Längserstreckung des Druckgasbehälters ausgebildet bzw. angeordnet. Durch die Ausnehmung wird es vermieden, dass das Durchdringungselement im Funktionsfall des Hybridgasgenerators aus dem Berstelement ein vollflächiges Element ausstanzt. Vielmehr kann das Durchdringungselement das Berstelement zerstören, ohne dass Teile des Berstelements bzw. Abschnitte des Berstelements ausgestanzt bzw. abgerissen werden.
Da das Durchdringungselement einen von Gas durchströmbaren Abschnitt aufweist, kann im Funktionsfall das im Druckgasbehälter befindliche Gas aus der Ausströmöffnung des Druckgasbehälters durch den von Gas durchströmbaren Abschnitt des Durchdringungselements ausströmen. Das Gas kann dabei aus der mindestens einen, in Längserstreckung des Durchdringungselements verlaufenden, Ausnehmung, insbesondere bei einer entsprechend lang ausgelegten Ausführung der Ausnehmung, seitlich ausströmen. Die mindestens eine Ausnehmung des Durchdringungselements kann auch als Schlitz bezeichnet werden.
Demnach wird es vermieden, dass das Durchdringungselement im Funktionsfall die Ausströmöffnung des Druckgasbehälters abdeckt bzw. strömungstechnisch blockierend für ein gewolltes Gasausströmen aus dem Druckgasbehälter wirkt.
Die mindestens eine Ausnehmung des Durchdringungselements bildet vorzugsweise eine Unterbrechung in der mindestens einen Durchdringungskante.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Durchdringungselement ausgehend von der Durchdringungskante mindestens zwei in Längserstreckung des Durchdringungselements verlaufende Ausnehmungen aufweisen, derart, dass mindestens zwei Durchdringungsschenkel gebildet sind. Auch gemäß dieser Ausführungsform bilden die Ausnehmungen mehrere Unterbrechungen in der mindestens einen Durchdringungskante.
Sofern die Durchdringungskante im Wesentlichen eine Kreisform aufweist, bildet die mindestens eine Ausnehmung eine Unterbrechung der Kreisform.
Sofern mehrere Ausnehmungen in Längserstreckung des Durchdringungselements ausgebildet sind, weist die Durchdringungskante mehrere Unterbrechungen auf. Es ist denkbar, dass mindestens drei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens fünf, in Längserstreckung des Durchdringungselements verlaufende Ausnehmungen im Durchdringungselement ausgebildet sind. Somit ist es möglich, dass mindestens drei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens fünf, Durchdringungsschenkel ausgebildet sind.
Ein Durchdringungsschenkel kann auch als Stift bzw. Zinke des Durchdringungselements bezeichnet werden. Die Ausbildung mehrerer Durchdringungsschenkel bewirkt, dass keine größeren Berstelementabschnitte aus dem Berstelement ausgestanzt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Durchdringungselement mindestens eine, vorzugsweise vollumfänglich ausgebildete, Anschlagfläche aufweisen, die durch einen von der Durchdringungskante beabstandet ausgebildeten Absatzabschnitt gebildet ist. Als Absatzabschnitt des Durchdringungselements ist ein derartiger Abschnitt zu bezeichnen, der im Vergleich zu dem Abschnitt des Durchdringungselements, der die mindestens eine Durchdringungskante aufweist, einen größeren Querschnitt aufweist. Der Absatzabschnitt bildet mit anderen Worten eine Verbreiterung des Durchdringungselements. Der Absatzabschnitt kann auch als Verdickung des Durchdringungselements bezeichnet werden. Die Anschlagfläche ist am Absatzabschnitt ausgebildet. Vorzugsweise ist die Anschlagfläche in Relation zum Durchdringungselement vollumfänglich ausgebildet.
In der radial umlaufenden Wandung des Absatzabschnittes kann mindestens eine Gasaustrittsöffnung ausgebildet sein. Diese bewirkt vor allen Dingen im Funktionsfall des Hybridgasgenerators, dass das ursprünglich im Druckgasbehälter befindliche Gas aus dieser Gasaustrittsöffnung strömen kann. Auch bei einem Anliegen des Durchdringungselements am Druckgasbehälter kann demnach das im Druckgasbehälter befindliche Gas aus dem Durchdringungselement bzw. aus dem von Gas durchströmbaren Abschnitt, nämlich durch die mindestens eine Gasaustrittsöffnung, ausströmen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Gasaustrittsöffnung ein Teilabschnitt, insbesondere ein Endabschnitt, der mindestens einen Ausnehmung. In einem derartigen Fall ist die mindestens eine Ausnehmung derart lang ausgebildet, dass diese in den Absatzabschnitt hineinragt und im Absatzabschnitt eine Gasaustrittsöffnung bildet. Dies hat den Vorteil, dass bei der Herstellung des Durchdringungselements die mindestens eine Gasaustrittsöffnung und die mindestens eine Ausnehmung nicht in separaten Herstellungsvorgängen in das Durchdringungselement eingebracht werden müssen, sondern lediglich eine entsprechend lang ausgebildete Ausnehmung in das Durchdringungselement eingebracht werden muss.
Die Anschlagfläche liegt im Funktionszustand vorzugsweise an einer die Ausströmöffnung des Druckgasbehälters begrenzenden Behälterwandung oder an einem Halter des Berstelements an. Die Anschlagfläche verhindert somit, dass das Durchdringungselement im Funktionsfall vollständig in den Druckgasbehälter eindringt.
Das Durchdringungselement kann auch als Projektil bezeichnet werden. Bei einem Blick auf die Durchdringungskante ist ersichtlich, dass in die Durchdringungskante mindestens eine, vorzugsweise mehrere Unterbrechungen bzw. Kerben eingebracht ist oder sind, so dass das Berstelement nicht gleichmäßig geschädigt und das Ausreißen einer Fläche, insbesondere einer Kreisfläche, unterbunden wird. Sofern trotzdem ein Abschnitt des Berstelements ausgerissen bzw. ausgestanzt wird, stellen die Ausnehmungen sicher, dass ausreichend große Abströmflächen für das im Druckgasbehälter befindliche Gas bzw. Druckgas zur Verfügung stehen.
Das Durchdringungselement kann beispielsweise an einem von der Durchdringungskante abgewandten Ende eine Aussparung, insbesondere zur Aufnahme eines Dichtelements, aufweisen. Die Aussparung kann demnach auch als Nut bezeichnet werden. Das Dichtelement bewirkt, dass seitlich des Durchdringungselements kein Druckverlust bezüglich des ausgebildeten Drucks, der das Durchdringungselement im Funktionsfall antreibt, entstehen kann bzw. dass keine ungewollten Gasströmungen seitlich an dem Durchdringungselement vorbeiströmen können.
Vorzugsweise ist der Hybridgasgenerator derart ausgebildet, dass die mindestens eine Ausnehmung und/oder die mindestens eine Gasaustrittsöffnung im Funktionsfall des Hybridgasgenerators den Druckgasbehälter mit einer, zwischen dem Druckgasbehälter und der Brennkammer ausgebildeten, Mischkammer fluidverbindet. Mit anderen Worten kann das im Druckgasbehälter befindliche Gas aus dem Druckgasbehälter ausströmen und in die Mischkammer einströmen. Demnach kann Gas aus dem Druckgasbehälter nach dem Zerstören des den Druckgasbehälter verschließenden Berstelements ausgehend vom Druckgasbehälter in eine Mischkammer fließen bzw. strömen.
In einer weiteren Ausführungsform ist innerhalb der Brennkammer des Hybridgasgenerators ein Anzündrohr ausgebildet, das vorzugsweise in einer/der Mischkammer endet und/oder eine/die Mischkammer mit begrenzt, wobei das Durchdringungselement innerhalb des Anzündrohrs zumindest abschnittsweise längsverschiebbar ist.
Bei dem Anzündrohr handelt es sich um einen länglichen Hohlkörper, der beispielsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweist. In ein Ende des Anzündrohrs ist vorzugsweise ein Anzünder, insbesondere eine Anzünderkappe, eingeführt. Am weiteren, dem ersten Ende gegenüberliegenden, Ende ist vorzugsweise das Durchdringungselement eingebracht. Das Durchdringungselement weist vorzugsweise eine weitere bzw. zweite Anschlagfläche auf. Vorzugsweise ist auch diese weitere bzw. zweite Anschlagfläche durch einen/den von der Durchdringungskante beabstandet ausgebildeten Absatzabschnitt gebildet. Im Ruhezustand des Hybridgasgenerators liegt das Durchdringungselement vorzugsweise an einer Einkerbung bzw. einem Absatz des Anzündrohrs, wobei sich die Einkerbung bzw. der Absatz vorzugsweise am zweiten Ende des Anzündrohrs befindet, an.
Vorzugsweise ist das Anzündrohr mit einer pyrotechnischen Anzündmischung und/oder einer pyrotechnischen Boosterladung befüllt. Beim Aktivieren des Hybridgasgenerators zündet der Anzünder zunächst die im Anzündrohr befindliche Anzündmischung und/oder die Boosterladung.
Das Anzündrohr weist mindestens eine Öffnung auf, die einen Innenbereich des Anzündrohrs mit der Brennkammer fluidverbindet. Die mindestens eine Öffnung kann im Ruhezustand des Hybridgasgenerators von einem Verschlusselement bzw. einem Verdämmelement, vorzugsweise einer Folie aus Metall, insbesondere aus Aluminium, Kupfer oder Stahl, verschlossen sein, wobei das Verdämmelement im Funktionsfall geöffnet werden kann, um eine Fluidverbindung des Innenbereichs des Anzündrohrs mit der Brennkammer herzustellen. Vorzugsweise ist das Anzündrohr in Längsrichtung der Brennkammer koaxial zu dieser Längsachse ausgebildet. Das Anzündrohr wird/ist vorzugsweise vollständig von der Brennkammer umgeben. Die Brennkammer weist vorzugsweise im Querschnitt eine Ringform auf. Innerhalb dieser Ringform befindet sich das Anzündrohr.
Durch das Durchdringungselement ist im Funktionsfall des Hybridgasgenerators das Berstelement des Druckgasbehälters projektilartig zerstörbar.
Ein nebengeordneter, zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Hybridgasgenerator, der eine Brennkammer und einen Druckgasbehälter umfasst, wobei eine Ausströmöffnung des Druckgasbehälters im Ruhezustand des Hybridgasgenerators mit einem Berstelement verschlossen ist, das im Funktionsfall des Hybridgasgenerators mittels eines Durchdringungselements zerstörbar ist, wobei zwischen dem Druckgasbehälter und der Brennkammer eine Mischkammer ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß ist zwischen der Brennkammer und der Mischkammer zumindest abschnittsweise eine Trennwand mit einer Brennkammerseite und einer Mischkammerseite ausgebildet, wobei die Trennwand mindestens eine Brennkammeröffnung aufweist, die im Ruhezustand des Hybridgasgenerators mit einer auf der Mischkammerseite der Trennwand ausgebildeten Abdeckung verschlossen ist. Die Abdeckung ist hier als ein von dem Durchdringungselement separates, unterschiedliches Bauteil zu verstehen.
Mit anderen Worten weist die Trennwand eine Brennkammerseite und eine Mischkammerseite auf. Die Brennkammerseite ist die Seite der Trennwand, die der Brennkammer zugewandt ist. Bei der Mischkammerseite handelt es sich um die Seite der Trennwand, die der Mischkammer zugewandt ist.
Bei der Abdeckung handelt es sich vorzugsweise um eine Membran und/oder Folie, insbesondere um eine Verdämmung.
Die Abdeckung kann aus Metall, insbesondere aus Stahl und/oder Kupfer und/oder Aluminium, gebildet sein.
Im Vergleich zu bislang bekannten Brennkammerabdeckungen ist die Abdeckung vergleichsweise dünn ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Verdämmung relativ schwach ausgelegt und kann mittels sehr niedriger Öffnungsdrücke geöffnet werden, wobei sich die Öffnungsdrücke innerhalb der Brennkammer durch Abbrand eines pyrotechnischen Treibstoffes, der innerhalb der Brennkammer gelagert ist, ausbilden.
Die Mischkammer kann dazu dienen, ein aus der Brennkammer ausströmendes Heißgas mit einem aus dem Druckgasbehälter ausströmenden Kaltgas zu mischen. Hierzu ist die Mischkammer zwischen dem Druckgasbehälter und der Brennkammer ausgebildet.
Die Mischkammer weist mindestens eine Generatoröffnung auf, die den Hybridgasgenerator mit einem aufzublasenden Element, insbesondere einem Gassack, fluidverbindet. Vorzugsweise sind in der Trennwand mehrere Brennkammeröffnungen ausgebildet. Bei den Brennkammeröffnungen kann es sich beispielsweise um runde Löcher handeln. Außerdem ist es denkbar, dass die Brennkammeröffnung als umlaufender Ring ausgebildet ist. Die Abdeckung ist größer dimensioniert als der Querschnitt der mindestens einen Brennkammeröffnung. Die mindestens eine Abdeckung ist auf der Mischkammerseite der Trennwand vorzugsweise angeschweißt oder verklebt.
Vorzugsweise ist der Druckgasbehälter im Ruhezustand des Hybridgasgenerators mit einem Berstelement verschlossen. Bei dem Berstelement kann es sich vorzugsweise um eine Berstscheibe bzw. um eine Berstmembran handeln. Dieses Berstelement ist aus einem derartigen Material gefertigt, so dass dieses bei Aktivieren des Hybridgasgenerators mittels eines Durchdringungselementes zerstörbar ist. Das Durchdringungselement ist im Funktionsfall des Hybridgasgenerators, d. h. nach Aktivieren des Hybridgasgenerators in eine Bewegung versetzbar, so dass das Durchdringungselement in Richtung des Berstelements bewegt werden kann.
Bei Aktivierung des erfindungsgemäßen Hybridgasgenerators wird in einem ersten Schritt eine/die Berstmembran des Druckgasbehälters zerstört, so dass in die Mischkammer zunächst das Gas, insbesondere Kaltgas, des Druckgasbehälters einströmt. Es bildet sich in der Mischkammer ein Staudruck, so dass die Abdeckung in Richtung der Brennkammer durchgebogen bzw. gedrückt wird. Durch den Druck des ausströmenden Kaltgases wird die Abdeckung mit anderen Worten stabilisiert bzw. an die Mischkammerseite der Trennwand angedrückt. Dadurch kann die Abdeckung sehr schwach ausgelegt werden, so dass in der Brennkammer lediglich geringe Öffnungsdrücke erzielt werden müssen, um die Abdeckung der Brennkammer zu zerstören.
Zunächst strömt aus der Mischkammer lediglich ein Gasanteil, insbesondere Kaltgasanteil, des Druckgasbehälters durch die mindestens eine Generatoröffnung in die Umgebung des Hybridgasgenerators, vorzugsweise in einen Gassack. Danach kann, nach Öffnung der Brennkammer, Heißgas in die Mischkammer und von dort weiter durch die mindestens eine Generatoröffnung in die Umgebung des Hybridgasgenerators nachströmen, wobei sich vorteilhaft ein moderates Ausströmen des Heißgases einstellt, bedingt durch die erfindungsgemäße Anordnung der Abdeckung auf der Mischkammerseite der Trennwand, wodurch sich reduzierte Brennkammerdrücke bzw. Öffnungsdrücke ergeben, die zur Öffnung der Abdeckung nötig sind. Hierdurch wird ein deutlich niedrigerer Onset erreicht, der weniger belastend für den Hybridgasgenerator sowie den Gassack ist. In anderen Worten, wird hierdurch ein insgesamt moderates Ausströmen von Füllgas aus dem Hybridgasgenerator in einen Gassack erreicht.
Der Hybridgasgenerator gemäß dem zweiten nebengeordneten Aspekt kann Merkmale und/oder Ausführungsformen des Hybridgasgenerators gemäß dem ersten Aspekt aufweisen. Insbesondere ist es möglich, dass der Hybridgasgenerator gemäß dem zweiten nebengeordneten Aspekt der Erfindung ein Durchdringungselement, wie dieses im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt beschrieben ist, aufweist.
Ein weiterer, nämlich dritter, nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft einen Hybridgasgenerator, der eine Brennkammer und einen Druckgasbehälter umfasst, wobei eine Ausströmöffnung des Druckgasbehälters im Ruhezustand des Hybridgasgenerators mit einem Berstelement verschlossen ist, das im Funktionsfall des Hybridgasgenerators mittels eines Durchdringungselements zerstörbar ist.
Erfindungsgemäß ist der im Funktionsfall des Hybridgasgenerators in der Brennkammer erzeugte oder erzeugbare Gasdruck geringer als der Druck im Druckgasbehälter im Ruhezustand des Hybridgasgenerators.
Diese Ausbildung des Hybridgasgenerators bewirkt, dass der Hybridgasgenerator, insbesondere die Brennkammer und die darin befindlichen Komponenten, hinsichtlich ihrer Festigkeit geringer bzw. schwächer ausgebildet werden können. Der in der Brennkammer erzeugte oder erzeugbare Gasdruck ist wesentlich geringer als dies gemäß bekannten Hybridgasgeneratoren der Fall ist.
In der Brennkammer ist vorzugsweise ein Anzündrohr ausgebildet, wobei das Durchdringungselement innerhalb des Anzündrohrs zumindest abschnittsweise längsverschiebbar ist.
Vorzugsweise ist das Anzündrohr mit einer pyrotechnischen Anzündmischung und/oder einer pyrotechnischen Boosterladung befüllt.
Das Anzündrohr weist mindestens eine Öffnung auf, die einen Innenbereich des Anzündrohrs mit der Brennkammer fluidverbindet.
Vorzugsweise ist zwischen der Brennkammer und dem Druckgasbehälter mindestens eine Mischkammer ausgebildet.
Zwischen der Brennkammer und der Mischkammer ist zumindest eine Trennwand mit einer Brennkammerseite und einer Mischkammerseite ausgebildet, wobei die Trennwand mindestens eine Brennkammeröffnung aufweist, die im Ruhezustand des Hybridgasgenerators mit einer, vorzugsweise auf der Mischkammerseite der Trennwand ausgebildeten, Abdeckung verschlossen ist.
Vorzugsweise weist das Anzündrohr an seinem zum Druckgasbehälter weisenden Ende, insbesondere dem zweiten Ende, einen Kragenabschnitt auf, der eine/die Trennwand zwischen der Brennkammer und einer/der Mischkammer bildet.
Das Anzündrohr kann in Längserstreckung des Hybridgasgenerators vollständig von einer im Querschnitt kreisringförmigen Brennkammer umgeben sein.
Vorzugsweise ist durch das Durchdringungselement im Funktionsfall des Hybridgasgenerators das Berstelement des Druckgasbehälters projektilartig zerstörbar.
Der erfindungsgemäße Hybridgasgenerator gemäß dem dritten nebengeordneten Aspekt hat den Vorteil, dass der Druckgasbehälter unabhängig von dem innerhalb der Brennkammer herrschenden Drucks geöffnet werden kann. Zur Bewegung des Durchdringungselements wird die Energie des Anzünders sowie der entzündeten Anzündmischung bzw. der entzündeten Boosterladung verwendet. Das Durchdringungselement zerstört mit dieser erzeugten Energie das Berstelement des Druckbehälters und löst das Ausströmen des Gases, insbesondere des Kaltgases, aus dem Druckgasbehälter aus. Dies erfolgt, bevor pyrotechnische Verbrennungsgase die Brennkammer verlassen.
Daher muss der in der Brennkammer erzeugte Druck lediglich größer als der Druck in der Mischkammer sein. Der in der Brennkammer erzeugte oder erzeugbare Gasdruck ist somit geringer als der Druck im Druckgasbehälter im Ruhezustand des Hybridgasgenerators. Die Brennkammer sowie die darin befindlichen Elemente oder Bauteile kann bzw. können somit hinsichtlich ihrer Festigkeit schwächer bzw. niedriger ausgebildet sein.
Der Hybridgasgenerator gemäß dem dritten nebengeordneten Aspekt der Erfindung kann Merkmale und/oder Ausführungsformen des Hybridgasgenerators gemäß erstem Aspekt und/oder zweitem nebengeordneten Aspekt der Erfindung aufweisen. Insbesondere ist es möglich, dass der Hybridgasgenerator gemäß dem dritten nebengeordneten Aspekt der Erfindung ein Durchdringungselement, wie dieses im Zusammenhang mit dem ersten nebengeordneten Aspekt beschrieben ist, aufweist. Außerdem ist es möglich, dass der Hybridgasgenerator gemäß dem dritten nebengeordneten Aspekt der Erfindung eine Trennwand zwischen der Brennkammer und der Mischkammer mit einer entsprechenden Abdeckung, wie diese im Zusammenhang mit dem zweiten nebengeordneten Aspekt der Erfindung beschrieben sind, aufweist.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridgasgenerators. Vorzugsweise wird ein erfindungsgemäßer Hybridgasgenerator gemäß erstem Aspekt und/oder zweitem nebengeordneten Aspekt der Erfindung und/oder drittem nebengeordneten Aspekt der Erfindung betrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

a) Aktivieren eines Anzünders des Hybridgasgenerators;
b) Aktivieren eines Durchdringungselements und Bewegen des Durchdringungselements in Richtung eines eine Ausströmöffnung eines Druckgasbehälters verschließenden Berstelements;
c) Öffnen des Berstelements mittels des Durchdringungselements;
d) Ausströmen eines in dem Druckgasbehälter befindlichen ersten Gases, insbesondere eines Kaltgases, durch die Ausströmöffnung des Druckgasbehälters in eine Mischkammer;
e) Aufbauen eines Staudruckes in der Mischkammer und Ausströmen des ersten Gases, insbesondere des Kaltgases, aus der Mischkammer durch mindestens eine Generatoröffnung der Mischkammer in ein aufzublasendes Element;
f) Öffnen mindestens einer eine Brennkammeröffnung verschließende Abdeckung;
g) Ausströmen eines in der Brennkammer erzeugten zweiten Gases, insbesondere eines Heißgases, durch die Brennkammeröffnung in die Mischkammer.

Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte a)–g) in der angegebenen Reihenfolge nacheinander durchgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass nach dem Öffnen des Berstelements zunächst nur Gas des Druckgasbehälters, insbesondere Kaltgas, in die Mischkammer strömt und zu Beginn des Verfahrens lediglich Gas des Druckgasbehälters, insbesondere Kaltgas, aus dem Hybridgasgenerator in ein aufzublasendes Element, vorzugsweise in einen Gassack, strömt. In der Anfangsphase der Befüllung des aufzublasenden Elementes wird bzw. werden somit das aufzublasende Element und/oder das gesamte Gassackmodul weniger stark belastet.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise die weiteren Verfahrensschritte auf:

h) Vermischen des zweiten Gases, insbesondere des Heißgases, mit dem ersten Gas, insbesondere dem Kaltgas, in der Mischkammer und Bilden eines Füllgases;
i) Ausströmen des Füllgases aus der Mischkammer durch die mindestens eine Generatoröffnung in das aufzublasende Element.

Bei dem aufzublasenden Element kann es sich vorzugsweise um einen Gassack handeln.
Durch den Zufluss des zweiten Gases, insbesondere des Heißgases aus der Brennkammer, kann die Hauptbefüllung des aufzublasenden Elements, insbesondere des Gassackes, erfolgen. Aufgrund der schrittweisen Befüllung des aufzublasenden Elementes kann ein gewünschter niedriger Onset, der auch S-Slope genannt wird, erreicht werden.
Das Material und/oder die Dicke der mindestens einen Abdeckung der mindestens einen Brennkammeröffnung ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass im Schritt e) die Abdeckung derart auf die mindestens eine Brennkammeröffnung gepresst wird, dass der Druck in der Brennkammer zum Öffnen der Abdeckung ansteigt oder ansteigen kann.
Der in der Mischkammer entstehende Staudruck wirkt auf die, vorzugsweise außen auf der Brennkammer aufgebrachte, Abdeckung derart, dass die Abdeckung an die Brennkammeröffnung gepresst wird. Die Abdeckung wird quasi wie ein Deckel auf die Brennkammeröffnung gedrückt. Erst nachdem bereits ein gewisser Anteil des ersten Gases, insbesondere des Kaltgases, in das aufzublasende Element geströmt ist, wird der Staudruck geringer.
Gleichzeitig ist der Druck in der Brennkammer weiter gestiegen, so dass nach einer vorherbestimmten Zeit, also einer eingestellten Zeit, die mindestens eine Abdeckung der mindestens einen Brennkammeröffnung geöffnet und/oder zerstört wird. In vorteilhafter Art und Weise ist eine optimierte Ausström-Charakteristik eingestellt.
Die Abdeckung ist im Ruhezustand des Hybridgasgenerators mit der Mischkammerseite einer Trennwand, die zwischen der Brennkammer und der Mischkammer ausgebildet ist, verbunden.
In Schritt b) wird vorzugsweise eine pyrotechnische Anzündmischung und/oder eine pyrotechnischen Boosterladung in einem Anzündrohr, das in der Brennkammer ausgebildet ist, entzündet. Aufgrund der Ausbildung eines Anzündrohrs kann zur Beschleunigung bzw. Bewegung des Durchdringungselementes die Energie des Anzünders sowie der entzündeten Anzündmischung und/oder entzündeten Boosterladung verwendet werden. Das Durchdringungselement zerstört somit das Berstelement und löst dann das Ausströmen des ersten Gases, insbesondere Kaltgases, aus dem Druckgasbehälter aus, bevor pyrotechnische Verbrennungsgase die Brennkammer verlassen.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Gassackmodul mit einem erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator nach dem ersten Aspekt und/oder dem zweiten nebengeordneten Aspekt der Erfindung und/oder dem dritten nebengeordneten Aspekt der Erfindung. Das Gassackmodul umfasst des Weiteren einen aufblasbaren Gassack. Es ergeben sich ähnliche Vorteile, wie diese bereits im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Hybridgasgeneratoren und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Hybridgasgenerators angegeben sind.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeugsicherheitssystem, das einen erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator gemäß dem ersten Aspekt und/oder dem zweiten nebengeordneten Aspekt der Erfindung und/oder dem dritten nebengeordneten Aspekt der Erfindung oder ein erfindungsgemäßes Gassackmodul umfasst. Es ergeben sich ähnliche Vorteile, wie diese bereits in Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Hybridgasgeneratoren und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Hybridgasgenerators und/oder dem erfindungsgemäßen Gassackmodul angegeben sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert.
Darin zeigen
1 einen erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator im Ruhezustand;
2 einen erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator im Funktionszustand bzw. im Funktionsfall;
3a, 3b und 3c verschiedene Ansichten hinsichtlich einer ersten Ausführungsform eines Durchdringungselements; und
4 eine zweite Ausführungsform eines Durchdringungselements.
Im Folgenden werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Hybridgasgenerator 10 dargestellt. Dieser umfasst eine Brennkammer 20 und einen Druckgasbehälter 30. In 1 ist der erfindungsgemäße Hybridgasgenerator 10 in einem Ruhezustand dargestellt. Im Ruhezustand ist eine Ausströmöffnung 31 des Druckgasbehälters 30 mit einem Berstelement 32 verschlossen. Das Berstelement 32 ist mittels eines Berstelementhalters 33 im Druckgasbehälter 30 angeordnet bzw. befestigt.
Der Hybridgasgenerator 10 umfasst des Weiteren einen Anzünder 15 mit einer Anzünderkappe 16 sowie ein Anzündrohr 60. Im Anzündrohr 60 wird ein Anzündkanal 61 gebildet. Insbesondere die Anzünderkappe 16 ragt in das Anzündrohr 60, insbesondere in das erste Ende 62 des Anzündrohrs 60 bzw. Anzündkanals 61. Im Anzündrohr 60 ist eine pyrotechnische Anzündmischung und/oder eine pyrotechnische Boosterladung, welche eine Vielzahl von Boosterelementen (90) umfasst, befindlich.
Das Anzündrohr 60 ist innerhalb der Brennkammer 20 ausgebildet. Das Anzündrohr 60 weist im vorliegenden Fall einen kreisrunden Querschnitt auf. Auch die Brennkammer 20 weist einen Gehäuseabschnitt 21 auf, der eine im Querschnitt ringförmige Brennkammer 20 bildet. Die Brennkammer 20 umgibt somit das Anzündrohr 60 bzw. den Anzündkanal 61. Im Bereich des Anzünders 15 ist ein Festkörperring 18, beispielsweise aus einem komprimierbaren Schaumstoff- bzw. Silikonmaterial, ausgebildet. Dieser dient zum einen zur Fixierung bzw. Befestigung des Anzündrohrs 60, insbesondere des ersten Endes 62 des Anzündrohrs 60. Außerdem kann durch den Festkörperring 18 auch das in der Brennkammer 20 befindliche Treibstoffbett, welches eine Vielzahl von Treibstoffkörpern 89 umfasst, in seiner Lage fixiert werden. Im Anzündrohr 60 sind Öffnungen 64 ausgebildet. Die Öffnungen 64 dienen dazu, eine Fluidverbindung zwischen einem Innenbereich des Anzündrohrs 60 bzw. dem Anzündkanal 61 und der Brennkammer 20 herzustellen. Die Boosterelemente 90 und die Treibstoffkörper 89 können verschiedene bekannte pyrotechnische Körper bzw. Formkörper umfassen, die dem Fachmann aus dem Gebiet der Gasgeneratoren, insbesondere für Fahrzeugsicherheitssysteme, bekannt sind. Dabei kann es sich um gepresste Tabletten, Extrudate, Granulate oder auch jeweils um einen Monolith von unterschiedlicher Geometrie handeln, wobei diese Körper auch von Kanälen durchdrungen sein können, also beispielsweise eine hohlzylindrische Gestalt haben können. Hierbei sind auch unterschiedliche gebräuchliche Abmessungen bzw. Größen denkbar, wobei vorzugsweise die Boosterelemente 90 eine geringere Abmessung als die Treibstoffkörper 89 aufweisen, um bei ihrer Aktivierung bzw. einem Abbrand eine schnellere Gasproduktion zu bewirken. Bevorzugt sind die Boosterelemente 90 dabei so dimensioniert, dass sie nicht durch die Öffnungen 64 vom Anzündkanal 61 in die Brennkammer 20 gelangen können.
Zwischen der Brennkammer 20 und einer Mischkammer 70 ist eine Trennwand 80 mit einer Brennkammerseite 81 und einer Mischkammerseite 82 ausgebildet. Die Brennkammerseite 81 weist somit zur Brennkammer 20. Die Mischkammerseite 82 weist zur Mischkammer 70. Die Trennwand 80 weist Brennkammeröffnungen 85 auf, die im dargestellten Ruhezustand des Hybridgasgenerators 10 mit auf der Mischkammerseite 82 der Trennwand 80 ausgebildeten Abdeckungen 88 verschlossen sind. Die Abdeckungen 88 können auch als Verdammung bezeichnet werden. Vorzugsweise sind die Abdeckungen 88 aus Metall, insbesondere aus Stahl oder Kupfer oder Aluminium, gebildet. Die Abdeckungen 88 können mit der Trennwand 80 verklebt oder verschweißt sein.
Die Mischkammer 70 weist Generatoröffnungen 75 auf, die den Hybridgasgenerator 10 bzw. das Innere des Hybridgasgenerators 10 mit einem aufzublasenden Element, vorzugsweise einem Gassack, (nicht dargestellt) fluidverbinden.
Das Anzündrohr 60 weist an seinem zweiten Ende 63, d. h. an seinem zum Druckgasbehälter 30 weisenden Ende 63 einen Kragenabschnitt 65 auf, der zumindest bereichsweise die Trennwand 80 zwischen der Brennkammer 20 und der Mischkammer 70 bildet.
Innerhalb des Anzündrohrs 60 ist das Durchdringungselement 40 (in den 3a–4 beispielhaft näher dargestellt) zumindest abschnittsweise längsverschiebbar angeordnet bzw. gelagert. Eine Einkerbung 66, in Form eines Absatzes, verhindert, dass das Durchdringungselement 40 vollständig in Richtung des ersten Endes 62 des Anzündrohrs 60 verschoben werden kann.
2 zeigt den Hybridgasgenerator 10 in einem Funktionszustand. Zum Erreichen des Funktionszustandes und zum Aufblasen des aufzublasenden Elementes, wie z. B. des Gassackes, werden erfindungsgemäß nacheinander folgende Verfahrensschritte durchgeführt, die anhand der 2 nachvollziehbar sind.
Zunächst wird der Anzünder 15 des Hybridgasgenerators 10 aktiviert. Dadurch werden die innerhalb des Anzündrohrs 60 befindlichen Boosterelemente (90), die sogenannte Anzündmischung bzw. Boosterladung, angezündet. Die dadurch innerhalb des Anzündrohrs 60 erzeugte Energie bzw. der innerhalb des Anzündrohrs 60 hergestellte Druck bzw. Anzündgas wirkt auf das Durchdringungselement 40, das in Richtung des Druckgasbehälters 30 bewegt wird.
Das Durchdringungselement 40 wird also in Richtung der Ausströmöffnung 31 und in Richtung des, die Ausströmöffnung 31 verschließenden, Berstelements 32 bewegt. Das Durchdringungselement 40 zerstört bzw. öffnet demnach das Berstelement 32, so dass der Druckgasbehälter 30 geöffnet wird.
Anschließend kann ein in dem Druckgasbehälter 30 befindliches erstes Gas, insbesondere Kaltgas, durch die Ausströmöffnung 31 des Druckbehälters 30 in die Mischkammer 70 ausströmen bzw. einströmen. Innerhalb der Mischkammer 70 wird dadurch ein Staudruck aufgebaut, wobei gleichzeitig das erste Gas, insbesondere das Kaltgas, aus der Mischkammer 70 durch die Generatoröffnungen 75 in das aufzublasende Element (nicht dargestellt) strömt. Aufgrund des in der Mischkammer 70 aufgebauten Staudruckes werden die Abdeckungen 88 in bzw. auf die Brennkammeröffnungen 85 gedrückt.
Erst nachdem ein gewisser Anteil des ersten Gases, nämlich des Kaltgases, in das aufzublasende Element geströmt ist, lässt der Staudruck in der Mischkammer 70 nach. Währenddessen kann das Anzündgas aus dem Anzündrohr 60 durch die Öffnungen 64 in die Brennkammer 20 strömen. Dort wird das Treibstoffbett bzw. die einzelnen Treibstoffkörper 89 entzündet, so dass in der Brennkammer 20 ein Öffnungsdruck aufgebaut wird. Nach einer gewissen Zeit ist der Druck in der Brennkammer 20 derart groß, dass die Abdeckungen 88 geöffnet werden können. Anschließend strömt das in der Brennkammer 20 durch den Abbrand der Treibstoffkörper 89 erzeugte zweite Gas, nämlich das Heißgas, durch die Brennkammeröffnungen 85 in die Mischkammer 70.
In der Mischkammer 70 wird das Heißgas mit dem Kaltgas vermischt und ein Füllgas gebildet. Dieses Füllgas kann aus der Mischkammer 70 durch die Generatoröffnungen 75 in das aufzublasende Element ausströmen.
Das Material und/oder die Dicke der Abdeckungen 88 der Brennkammeröffnungen 85 sind derart ausgelegt, dass der aufgrund des Kaltgases gebildete Staudruck derart auf die Brennkammeröffnung 85 gepresst wird, dass der Druck in der Brennkammer 20 zum Öffnen der Abdeckungen 88 ansteigen kann, vorzugsweise auf einen gewissen vorbestimmten Wert.
Nach dem Öffnen des Druckgasbehälters 30 strömt zunächst nur Kaltgas in die Mischkammer 70 und anfangs strömt lediglich das Kaltgas durch die Generatoröffnungen 75 nach außen. In dieser Anfangsphase der Aktivierung des Hybridgasgenerators 10 wird der Gassack und somit das ganze Gassackmodul weniger stark belastet, wobei nachfolgend durch den Heißgas-Zufluss aus der Brennkammer 20 die Hauptbefüllung des Gassacks mittels des Füllgases erfolgen kann. Es wird ein gewünschter niedriger Onset, auch S-Slope genannt, erzielt.
Das Durchdringungselement 40 wird in den 3a–4 beispielhaft näher dargestellt. Das Durchdringungselement 40 weist in seiner Axialrichtung zwischen seinen beiden axialen Enden keinen vollständigen gasdurchlässigen Durchgang auf. Konkret heißt dies, dass von einem ersten Ende 41 des Durchdringungselements 40 eine erste Aushöhlung 43 in Richtung eines zweiten Endes 42 des Durchdringungselementes 40 ausgebildet ist, wobei die erste Aushöhlung 43 von einer ersten Anströmfläche 93 eines radial verlaufenden Anströmelements 92 begrenzt wird. Das Anströmelement 92 ist dabei ein integrativer Bestandteil des Durchdringungselements 40 und als flächiges Element mit einer gewissen Dicke ausgebildet. Das Anströmelement 92 hat im Wesentlichen die Aufgabe, im Funktionsfall des Hybridgasgenerators 10 eine Bewegung bzw. Verschiebung des Durchdringungselements 40 zu ermöglichen, indem von dem Anzünder 15 produziertes Gas, insbesondere Verbrennungsgas durch einen Abbrand der Boosterelemente 90, auf die ersten Anströmfläche 93 des Anströmelements 92 mit einer Schubkraft wirken kann. Wie in 1 gut erkennbar, weist dabei die erste Anströmfläche 93 in Richtung des Anzünders 15 bzw. in Richtung der Anzündkappe 16. Das Anströmelement 92 weist auf seiner der ersten Anströmfläche 93 gegenüberliegenden Seite, abgewandt des Anzünders 15, eine zweite Anströmfläche 94 auf, welche in Richtung des Berstelements 32 hin weist. Von der zweiten Anströmfläche 94 ausgehend, hin zu dem zweiten Ende 42 des Durchdringungselements 40, ist eine zweite Aushöhlung 95 ausgebildet.
Der Bereich des Durchdringungselements 40, der sich ausgehend von der zweiten Anströmfläche 94 bis hin zu dem zweiten Ende 42 des Durchdringungselements 40 erstreckt, ist als ein von Gas durchströmbarer Abschnitt 91 des Durchdringungselements 40 ausgebildet bzw. kann als solcher aufgefasst werden. Der von Gas durchströmbare Abschnitt 91 erstreckt sich hierbei von einer Anschlagfläche 52 des Durchdringungselements 40 bis hin zu dem zweiten Ende 42 des Durchdringungselements 40 über einen Erstreckungsbereich E91, wie in 3a dargestellt. Die Anschlagfläche 52 wird weiter unten noch detaillierter beschrieben.
Am zweiten Ende 42 des Durchdringungselementes 40 ist eine Durchdringungskante 44 ausgebildet. Da das Durchdringungselement 40 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ist auch die Durchdringungskante 44 im Wesentlichen kreisförmig angeordnet.
In der in 1 und 2 dargestellten Einbausituation entspricht die Längserstreckung LE des Durchdringungselementes 40 der Längsachse L des Hybridgasgenerators 10. Ausgehend von der Durchdringungskante 44 weist das Durchdringungselement 40 zwei in Längserstreckung LE des Durchdringungselements 40 verlaufende Ausnehmungen 45 auf. Die Ausnehmungen 45 bilden somit Unterbrechungen 46 in der Durchdringungskante 44.
Die Durchdringungskante 44 wird aus zwei Durchdringungskantenabschnitten 47 gebildet.
Die Ausnehmungen 45 weisen eine langlochförmige Form auf und bilden gleichzeitig die Unterbrechungen 46 in der Durchdringungskante 44. Aufgrund der Ausbildung von Ausnehmungen 45 werden zwei Durchdringungsschenkel 48 gebildet. Die Durchdringungsschenkel 48 wirken als Klingen bzw. Zinken. Im Bereich der Durchdringungskante 44 bzw. im Bereich der Durchdringungskantenabschnitte 47 sind Abschrägungen 49 ausgebildet. Dies ermöglicht ein leichteres Zerstören eines Berstelements 32.
Das Durchdringungselement 40 weist außerdem eine vollumfänglich ausgebildete Anschlagfläche 50 auf. Die Anschlagfläche 50 wird durch einen von der Durchdringungskante 44 beabstandet ausgebildeten Absatzabschnitt 51 gebildet. Der Absatzabschnitt 51 bewirkt eine Erweiterung des Querschnittes der Außenwandung des Durchdringungselementes 40. Im Funktionszustand des Hybridgasgenerators 10 bewirkt die Anschlagfläche 50, dass das Durchdringungselement 40 am Berstelementhalter 33, insbesondere an dessen Stirnseite 34, anliegt. Das Durchdringungselement 40 kann somit nicht weiter in den Druckgasbehälter 30 bewegt werden. Der Querschnitt des Absatzabschnitts 51 ist größer als der Innenquerschnitt der Ausströmöffnung 31 des Druckgasbehälters 30.
Aufgrund des Absatzabschnittes 51 wird eine weitere, nämlich die zweite, Anschlagfläche 52 ausgebildet. Die zweite Anschlagfläche 52 weist in Richtung des ersten Endes 41 des Durchdringungselementes 40. Die zweite Anschlagfläche 52 liegt im Ruhezustand des Hybridgasgenerators 10 (siehe 1) auf der Einkerbung 66 des Anzündrohrs 60 auf. Mit Hilfe der zweiten Anschlagfläche 52 wird somit verhindert, dass das Durchdringungselement 40 in Richtung des ersten Endes 62 des Anzündrohrs 60 bewegt wird.
In einer radial umlaufenden Wandung 53 des Durchdringungselementes 40 sind im dargestellten Beispiel vier Gasaustrittsöffnungen 54 ausgebildet. Mit Hilfe der Gasaustrittsöffnungen 54 kann im Funktionsfall des Hybridgasgenerators ein aus dem Druckgasbehälter 30 strömendes Kaltgas in die Mischkammer 70 strömen. Im Funktionsfall des Hybridgasgenerators 10 kann das Durchdringungselement 40 die Ausströmöffnung 31 des Druckgasbehälters 30 somit nicht gasdicht abdecken. Hierbei ist der von Gas durchströmbare Abschnitt 91 insbesondere von dem Kaltgas aus dem Druckgasbehälter 30 durchströmbar, nämlich, von dem Druckgasbehälter 30 her kommend, anfangs über die zweite Aushöhlung 95 weiter über zumindest eine der vier Gasaustrittsöffnungen 54. Die radial umlaufende Wandung 53 begrenzt hierbei auch abschnittsweise die zweite Aushöhlung 95 in radialer Richtung.
Aufgrund des Einbringens von zwei Ausnehmungen 45 in das Durchdringungselement 40 bzw. von zwei Unterbrechungen 46 in die Durchdringungskante 44 kann das Berstelement 32 nicht gleichmäßig beschädigt werden. Die Möglichkeit eines Ausreißens und/oder Ausstanzens einer großen Kreisfläche des Berstelements 32 wird aufgrund dieser Ausbildung eines Durchdringungselementes 40 stark reduziert. Sollte es dennoch zu einem Ausstanzen bzw. Ausreißen eines Abschnittes des Berstelements 32 kommen, kann das in dem Druckgasbehälter 30 befindliche Kaltgas durch die Ausnehmungen 45 in die erste Aushöhlung 43 gelangen und durch die Gasaustrittsöffnungen 54 weiter in die Mischkammer 70 strömen.
In 4 ist eine alternative Ausführungsform eines Durchdringungselements 40 dargestellt. Auch dieses weist ein erstes Ende 41 sowie ein zweites Ende 42 auf, wobei analog zu 3a bzw. 3c dazwischen ebenfalls eine erste Aushöhlung 43, ein Anströmelement 92 mit einer ersten Anströmfläche 93 und einerzweiten anströmfläche 94 und eine zweite Aushöhlung 95 ausgebildet sind. Auch wird eine Durchdringungskante 44 wiederum aufgrund von Unterbrechungen 46 bzw. Ausnehmungen 45 in einzelne Durchdringungsabschnitte 47 geteilt. Die Ausnehmungen 45 bilden wiederum zwei Durchdringungsschenkel 48. Im Bereich der Durchdringungskantenabschnitte 47 sind außerdem Abschrägungen 49 ausgebildet, so dass das Zerstören des Berstelements 32 erleichtert wird. Ebenfalls dargestellt sind die erste Anschlagfläche 50 sowie die zweite Anschlagfläche 52, die beide aufgrund des Absatzabschnittes 51 gebildet werden. Die zwei Gasaustrittsöffnungen 54 werden in der Ausführungsform gemäß 4 jedoch aufgrund verlängerter Ausnehmungen 45 gebildet. Mit anderen Worten werden die Gasaustrittsöffnungen 54 durch die Teilabschnitte bzw. Endabschnitte 55 der Ausnehmungen 45 gebildet.
Die in den 3a–3c dargestellten runden Gasaustrittsöffnungen 54 werden in der Ausführungsform nach 4 durch eine Verlängerung der Ausnehmungen 45 gebildet. In diesem Fall ist es also nicht notwendig, in den Absatzabschnitt 51 in einem weiteren Herstellungsschritt Löcher einzuarbeiten.
Das Durchdringungselement 40 gemäß Ausführungsform der 4 weist außerdem eine Aussparung 56 auf. In diese Aussparung kann beispielsweise ein Dichtelement eingebracht werden. Die Aussparung 56 ist als Nut vollumfänglich ausgebildet.
Es wird darauf hingewiesen, dass der in den 1 und 2 dargestellte Hybridgasgenerator 10 auch mit einem alternativen Durchdringungselement ausgebildet sein kann. Insbesondere ist es möglich, dass das Durchdringungselement eben nicht den Ausführungsformen gemäß 3a–4 entspricht.
Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass die in den 3a–4 dargestellten Durchdringungselemente 40 auch in alternativen Gasgeneratoren, insbesondere Hybridgasgeneratoren, die nicht den Ausführungsformen gemäß 1 und 2 entsprechen, ausgebildet sein können.
Bezugszeichenliste

10: Hybridgasgenerator
15: Anzünder
16: Anzünderkappe
18: Festkörperring
20: Brennkammer
21: Gehäuseabschnitt
30: Druckgasbehälter
31: Ausströmöffnung
32: Berstelement
33: Berstelementhalter
34: Stirnseite
40: Durchdringungselement
41: erstes Ende Durchdringungselement
42: zweites Ende Durchdringungselement
43: Erste Aushöhlung
44: Durchdringungskante
45: Ausnehmung
46: Unterbrechung
47: Durchdringungskantenabschnitt
48: Durchdringungsschenkel
49: Abschrägung
50: Anschlagfläche
51: Absatzabschnitt
52: Anschlagfläche
53: Wandung
54: Gasaustrittsöffnung
55: Endabschnitt Ausnehmung
56: Aussparung
60: Anzündrohr
61: Anzündkanal
62: erstes Ende Anzündrohr
63: zweites Ende Anzündrohr
64: Öffnung
65: Kragenabschnitt
66: Einkerbung
70: Mischkammer
75: Generatoröffnung
80: Trennwand
81: Brennkammerseite
82: Mischkammerseite
85: Brennkammeröffnung
88: Abdeckung
89: Treibstoffkörper
90: Boosterelement
91: Abschnitt von Gas durchströmbar
92: Anströmelement
93: Erste Anströmfläche
94: Zweite Anströmfläche
94: Zweite Aushöhlung
L: Längsachse Hybridgasgenerator
LE: Längserstreckung Durchdringungselement
E91: Erstreckungsbereich des von Gas durchströmbaren Abschnitts

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1053915 B1 [0004, 0005, 0007]

Claims

Hybridgasgenerator (10), umfassend eine Brennkammer (20) und einen Druckgasbehälter (30), wobei eine Ausströmöffnung (31) des Druckgasbehälters (30) im Ruhezustand des Hybridgasgenerators (10) mit einem Berstelement (32) verschlossen ist, das im Funktionsfall des Hybridgasgenerators (10) mittels eines Durchdringungselements (40) zerstörbar ist, wobei zwischen dem Druckgasbehälter (30) und der Brennkammer (20) eine Mischkammer (70) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Brennkammer (20) und der Mischkammer (70) zumindest abschnittsweise eine Trennwand (80) mit einer Brennkammerseite (81) und einer Mischkammerseite (82) ausgebildet ist, wobei die Trennwand (80) mindestens eine Brennkammeröffnung (85) aufweist, die im Ruhezustand des Hybridgasgenerators (10) mit einer auf der Mischkammerseite (82) der Trennwand (80) ausgebildeten Abdeckung (88) verschlossen ist.
Hybridgasgenerator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (88) eine Membran und/oder Folie, insbesondere eine Verdämmung, die insbesondere aus Metall, vorzugsweise aus Stahl oder Kupfer oder Aluminium, gebildet ist, wobei insbesondere die Mischkammer (70) mindestens eine Generatoröffnung (75) aufweist, die den Hybridgasgenerator (10) mit einem aufzublasenden Element, insbesondere einem Gassack, fluidverbindet.
Hybridgasgenerator (10), umfassend eine Brennkammer (20) und einen Druckgasbehälter (30), wobei eine Ausströmöffnung (31) des Druckgasbehälters (30) im Ruhezustand des Hybridgasgenerators (10) mit einem Berstelement (32) verschlossen ist, das im Funktionsfall des Hybridgasgenerators (10) mittels eines Durchdringungselements (40) zerstörbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Funktionsfall des Hybridgasgenerators (10) der in der Brennkammer (20) erzeugte oder erzeugbare Gasdruck geringer ist als der Druck im Druckgasbehälter (30) im Ruhezustand des Hybridgasgenerators (10).
Hybridgasgenerator (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennkammer (20) ein Anzündrohr (60) ausgebildet ist, wobei das Durchdringungselement (40) innerhalb des Anzündrohrs (60) zumindest abschnittsweise längsverschiebbar ist, wobei insbesondere das Anzündrohr (60) mit einer pyrotechnischen Anzündmischung und/oder einer pyrotechnischen Boosterladung befüllt ist, wobei vorzugsweise das Anzündrohr (60) mindestens eine Öffnung (64) aufweist, die einen Innenbereich des Anzündrohrs (60) mit der Brennkammer (20) fluidverbindet, wobei insbesondere zwischen der Brennkammer (20) und dem Druckgasbehälter (30) eine Mischkammer (70) ausgebildet ist.
Hybridgasgenerator (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Brennkammer (20) und der Mischkammer (70) zumindest abschnittsweise eine Trennwand (80) mit einer Brennkammerseite (81) und einer Mischkammerseite (82) ausgebildet ist, wobei die Trennwand (80) mindestens eine Brennkammeröffnung (85) aufweist, die im Ruhezustand des Hybridgasgenerators (10) mit einer, vorzugsweise auf der Mischkammerseite (82) der Trennwand (80) ausgebildeten, Abdeckung (88) verschlossen ist.
Hybridgasgenerator (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Anzündrohr (60) an seinem zum Druckgasbehälter (30) weisenden Ende (63) einen Kragenabschnitt (65) aufweist, der die Trennwand (80) zwischen der Brennkammer (20) und der Mischkammer (70) bildet, wobei vorzugsweise das Anzündrohr (60) in Längserstreckung (L) des Hybridgasgenerators (10) vollständig von einer im Querschnitt kreisringförmigen Brennkammer (20) umgeben ist, und wobei insbesondere durch das Durchdringungselement (40) im Funktionsfall des Hybridgasgenerators (10) das Berstelement des Druckgasbehälters (30) projektilartig zerstörbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Hybridgasgenerators (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 2 und/oder 3 bis 6, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a) Aktivieren eines Anzünders des Hybridgasgenerators (10); b) Aktivieren eines Durchdringungselements (40) und Bewegen des Durchdringungselements (40) in Richtung eines eine Ausströmöffnung (31) eines Druckgasbehälters (30) verschließenden Berstelements (32); c) Öffnen des Berstelements (32) mittels des Durchdringungselements (40); d) Ausströmen eines in dem Druckgasbehälter (30) befindlichen ersten Gases, insbesondere eines Kaltgases, durch die Ausströmöffnung (31) des Druckgasbehälters (30) in eine Mischkammer (70); e) Aufbauen eines Staudruckes in der Mischkammer (70) und Ausströmen des ersten Gases, insbesondere des Kaltgases, aus der Mischkammer (70) durch mindestens eine Generatoröffnung (75) der Mischkammer (70) in ein aufzublasendes Element; f) Öffnen mindestens einer eine Brennkammeröffnung (85) verschließende Abdeckung (88); g) Ausströmen eines in der Brennkammer (20) erzeugten zweiten Gases, insbesondere eines Heißgases, durch die Brennkammeröffnung (85) in die Mischkammer (70).
Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch h) Vermischen des zweiten Gases, insbesondere des Heißgases, mit dem ersten Gas, insbesondere dem Kaltgas, in der Mischkammer (70) und Bilden eines Füllgases; i) Ausströmen des Füllgases aus der Mischkammer (70) durch die mindestens eine Generatoröffnung (75) in das aufzublasende Element.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material und/oder die Dicke der mindestens einen Abdeckung (88) der mindestens einen Brennkammeröffnung (75) derart ausgelegt wird, dass im Schritt e) die Abdeckung (88) derart auf die Brennkammeröffnung (75) gepresst wird, dass der Druck in der Brennkammer (20) zum Öffnen der Abdeckung (88) ansteigt oder ansteigen kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (88) im Ruhezustand des Hybridgasgenerators (10) mit der Mischkammerseite (82) einer Trennwand (80), die zwischen der Brennkammer (20) und der Mischkammer (70) ausgebildet ist, verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) eine pyrotechnische Anzündmischung und/oder eine pyrotechnische Boosterladung in einem Anzündrohr (60), das in der Brennkammer (20) ausgebildet ist, entzündet wird.
Gassackmodul mit einem Hybridgasgenerator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2 und/oder nach einem der Ansprüche 3 bis 6.
Fahrzeugsicherheitssystem mit einem Hybridgasgenerator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2 und/oder nach einem der Ansprüche 3 bis 6 oder mit einem Gassackmodul nach Anspruch 12.