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Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere für ein Fahrzeugsicherheitssystem mit einer pyrotechnischen Anzündereinheit und einer Halterung für die Anzündereinheit, wobei die Anzündereinheit durch gemeinsames Umspritzen/Umschäumen der Anzündereinheit und der Halterung an dieser befestigt ist, und wobei die Halterung wenigstens eine Durchtrittsöffnung für den Kunststoff beim Umspritzen/Umschäumen aufweist, die so gestaltet ist, dass zwischen Kunststoff und Halterung ein formschlüssiger Verdrehschutz gebildet ist.
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Gasgeneratoren werden insbesondere für Insassen-Rückhaltesysteme verwendet, wobei diese Rückhaltesysteme beispielsweise in Form von aufblasbaren Gassäcken oder Gurtstraffern ausgebildet sein können. Es gibt verschiedene Arten von Gasgeneratoren, rein pyrotechnische Generatoren, Druckgasgeneratoren, bei denen durch die Anzündereinheit ein unter Druck stehende Gas freigesetzt wird, oder Hybrid-Gasgeneratoren, welche eine Kombination der beiden vorgenannten Arten darstellen. Die Anzündereinheit kann eine in sich hermetisch dichte, vorgefertigte Einheit sein und muss lagefest mit dem Außengehäuse des Gasgenerators direkt oder indirekt gekoppelt sein. Als Halterung, also das Teil, an dem die Anzündereinheit befestigt ist, wird üblicherweise ein Abschnitt des Außengehäuses verwendet. Durch eine Durchtrittsöffnung in der Halterung ragen Anzünderkontakte und zusätzlich der beim Umspritzen/Umschäumen verwendete Kunststoff, in dem folglich abschnittsweise die Anzündereinheit und gleichzeitig die Halterung eingebettet sind, hindurch. Der Kunststoff soll die Anzündereinheit an der Halterung befestigen und zudem die Durchtrittsöffnung dicht abschließen, wobei zwischen Kunststoff und Halterung ein formschlüssiger Verdrehschutz gebildet ist. Ein derartiger Verdrehschutz ist nötig, wenn ein die Anzündereinheit kontaktierender Stecker, welcher elektrische Signale von einem Steuergerät an den Gasgenerator übertragen kann, an bzw. auf die Anzündereinheit, insbesondere deren in die Halterung ragenden Anzünderkontakte, gesteckt wird. Bei einem ungewollten mechanischen Verdrehen bzw. einer entsprechenden Verdrehbewegung des gesteckten Steckers soll der Kunststoff bzw. der Kunststoff, der die Anzündereinheit einbettet, gegenüber der Halterung positionsstabil verbleiben, also nicht verdrehbar sein.
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Ein solcher Gasgenerator ist beispielsweise in der
DE 20 2010 010 354 U1 gezeigt. In einer Ausführungsform hat der Gasgenerator eine Halterung mit einer zentralen Durchtrittsöffnung in Form eines gleichseitigen Fünfecks. Die polygonförmige Durchtrittsöffnung kann, insbesondere bei nicht vorbestimmten, sehr hohen Verdrehkräften einen begrenzten Verdrehschutz bieten. In einer weiteren Ausführungsform ist die Durchtrittsöffnung im Wesentlichen kreuzförmig ausgeführt. Diese Gestaltung hat den Nachteil, dass beim Verdrehen des Kunststoffabschnitts ungünstige mechanische Belastungen in der Durchtrittsöffnung auftreten können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gasgenerator der eingangs genannten Art hinsichtlich des Verdrehschutzes zwischen Kunststoff und Halterung zu optimieren sowie eine mechanische Belastung des Kunststoffabschnitts beim Verdrehen zu reduzieren.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Gasgenerator, insbesondere für ein Fahrzeugsicherheitssystem, mit einer pyrotechnischen Anzündereinheit und einer Halterung für die Anzündereinheit vorgesehen. Die Anzündereinheit ist an der Halterung befestigt, indem die Anzündereinheit und die Halterung gemeinsam mit Kunststoff umspritzt und/oder umschäumt sind. Die Halterung weist dabei eine Durchtrittsöffnung auf, die so gestaltet ist, dass zwischen Kunststoff und Halterung ein formschlüssiger Verdrehschutz gebildet ist. Die Kontur der Durchtrittsöffnung hat in einer Querschnittsebene orthogonal zu einer axialen Längsachse des Gasgenerators, entlang derer sich die Durchtrittsöffnung erstreckt, eine Form, die frei von Ecken und Krümmungswechselbereichen ist, wobei die Kontur ausschließlich aus konvexen Abschnitten besteht und wenigstens drei gerundete Biegungsabschnitte aufweist, wobei zwischen zwei benachbarten Biegungsabschnitten jeweils ein geringer, also weniger gekrümmter konvexer Übergangsabschnitt vorgesehen ist, der die Biegungsabschnitte verbindet. Folglich sind die jeweils die Biegungsabschnitte mit einer höheren bzw. stärkeren konvexen Krümmung versehen, als jeweils die Übergangsabschnitte, die eine dazu vergleichsweise geringere konvexe Krümmung aufweisen. Der Ausdruck „frei von Krümmungswechselbereichen“ bedeutet auch, dass es keine Bereiche bzw. Wendepunkte in der Kontur gibt, welche einen Krümmungswechsel von konvex zu konkav bzw. umgekehrt beschreiben könnten. Eine derartige Kontur, die also eine krümmungsstetige Umfangslinie aufweist, bedeutet für eine Befestigung durch Spritzgießen eine vorteilhafte Minimierung von mechanischen Spannungen bzw. Belastungen. Als Biegungsabschnitte werden die Abschnitte der Kontur bezeichnet, die sich durch eine im Vergleich zu den Übergangsabschnitten höhere Krümmung auszeichnen und sozusagen abgerundeten Ecken oder Spitzen ähneln, jedoch selbst keine Ecken darstellen. Aufgrund der mindestens drei Biegungsabschnitte ist die Form der Kontur ferner weder ein Kreis noch eine Ellipse. Die Erstreckung der Durchtrittsöffnung verläuft entlang bzw.im Wesentlichen parallel der axialen Längsachse des Gasgenerators, welche auch eine Längsachse der Anzündereinheit darstellt.
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Im Vergleich zu einem Polygon, weist die spezielle Kontur bzw. Form der Durchtrittsöffnung jedoch keinerlei gerade Abschnitte auf. Die spezielle Ausprägung der geometrischen Form der Durchtrittsöffnung sorgt hierdurch für einen günstigeren Spannungsverlauf beim Verdrehen bzw. bei mechanischen Drehbelastungen. Des Weiteren stellt die spezielle Form der Kontur einen verbesserten Verdrehschutz bereit als die aus dem Stand der Technik bekannten Du rchtrittsöffn ungen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kontur der Durchtrittsöffnung nur drei Biegungsabschnitte auf. Jedoch ist auch eine Durchtrittsöffnung mit mehr als drei Biegungsabschnitten möglich, insbesondere mit vier oder fünf Biegungsabschnitten. Mit steigender Zahl der Biegungsabschnitte nähert sich die Form der Durchtrittsöffnung jedoch an die Form eines Kreises an, wodurch der mechanische Verdrehschutz der Durchtrittsöffnung abnimmt. Aus diesem Grund ist die Anzahl der Biegungsabschnitte vorzugsweise kleiner als zehn, bevorzugt kleiner als sechs.
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Die Biegungsabschnitte können gleichmäßig, insbesondere mit gleichen Abständen zueinander, entlang des Umfangs der Durchtrittsöffnung positioniert sein, wobei jeweils die Biegungsabschnitte und jeweils die Übergangsabschnitte identisch ausgeführt sind. Hierdurch weist die Kontur der Durchtrittsöffnung eine besonders hohe Symmetrie auf und hat dadurch einen besonders günstigen Spannungsverlauf beim Verdrehen.
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Gemäß einer Ausführungsform entspricht die Form der Kontur einer Rollkurve bzw. einem Zykloid. Die Form der Kontur ist also durch die graphische Darstellung der mathematischen Definition bzw. Beschreibung für ein Zykloid gebildet bzw. ist durch eine solche abbildbar.
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Vorzugsweise entspricht die Form der Kontur einem Trochoid, insbesondere einem Epitrochoid oder einem Hypotrochoid, die durch die folgenden mathematischen Formeln abgebildet werden können:
| Epitrochoid: | |
| | |
| Hypotrochoid: | |
| | |
mit r = Radius des rollenden Kreises; R = Radius des festen Kreises, in dem bzw. um den der rollende Kreis rollt; d = Abstand des Punktes, der die Rollkurve zeichnet, vom Mittelpunkt des rollenden Kreises.
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Diese Formen haben den Vorteil, dass sie zum einen einen größeren Flächeninhalt aufweisen als andere Formen mit gleichem Inkreis und zum anderen einen vergleichsweise kleinen Außenkreis haben. Somit weisen die Kunststoffabschnitte, die sich durch eine auf diese Weise geformte Durchtrittsöffnung erstrecken, eine hohe Stabilität bei geringem Platzbedarf auf.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Form der Kontur durch eine zweidimensionale Projektion einer Toruskurve oder durch eine Evolvente einer Hypozykloide gebildet werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Durchtrittsöffnung zentral, insbesondere im Wesentlichen mittig, in der Halterung vorgesehen ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Halterung ein Abschnitt eines Außengehäuses des Gasgenerators.
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Die Anzünderkontakte ragen vorzugsweise durch die Halterung, insbesondere die Durchtrittsöffnung, hindurch und bilden insbesondere einen Teil der Anzündereinheit und mit dieser eine vorgefertigte Einheit.
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Des Weiteren kann die Durchtrittsöffnung die Form eines Zylinders, insbesondere eines senkrechten Zylinders, haben, wodurch die Durchtrittsöffnung bzw. die Halterung mit der Durchtrittsöffnung kostengünstig, beispielsweise durch einen Stanzvorgang, herstellbar ist.
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Der erfindungsgemäße Gasgenerator kann Teil eines Airbagmoduls sein. Ein solches Airbagmodul umfasst bekanntlich einen aufblasbaren Gassack, welcher im Bedarfsfall mittels des Gasgenerators aufblasbar ist und welcher dazu gedacht ist, einen Insassen eines Fahrzeuges zurückzuhalten. Das heißt, dass beispielsweise bei einem Fahrzeugunfall der Insasse durch den aufblasbaren Gassack vor Verletzungen besser geschützt werden kann. Üblich ist, dass ein solches Airbagmodul auch eine Befestigungseinrichtung umfasst, die zur Anbringung des Moduls im Innenbereich eines Fahrzeuges dient, zum Beispiel am Lenkrad oder in der Armaturentafel.
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Die Erfindung betrifft auch ein Modul mit einem Gasgenerator, einem von dem Gasgenerator aufblasbaren Gassack und einer Befestigungseinrichtung zur Anbringung des Moduls an einem Fahrzeug, wobei der Gasgenerator gemäß dem erfindungsgemäßen Gasgenerator ausgebildet ist.
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Zudem betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeugsicherheitssystem, insbesondere zum Schutz einer Person, beispielsweise eines Fahrzeuginsassen oder Passanten, mit einem Gasgenerator, einem von diesem aufblasbaren Gassack, als Teil des Moduls, und einer elektronischen Steuereinheit, mittels der der Gasgenerator bei Vorliegen einer Auslösesituation aktivierbar ist, wobei der Gasgenerator gemäß dem erfindungsgemäßen Gasgenerator ausgebildet ist.Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- 1 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators,
- 2 eine Draufsicht auf die bei der Ausführungsform nach 1 verwendete Halterung,
- 3 bis 5 Epitrochoide mit drei, vier bzw. fünf Biegungsabschnitten im Vergleich zu einem regelmäßigen Fünfeck, die die Kontur einer Durchtrittsöffnung einer in 1 verwendbaren, alternativen Halterung bilden können, und
- 6 bis 8 Hypotrochoide mit drei, vier bzw. fünf Biegungsabschnitten im Vergleich zu einem regelmäßigen Fünfeck, die die Kontur einer Durchtrittsöffnung einer in 1 verwendbaren, alternativen Halterung bilden können.
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In 1 ist ein pyrotechnischer Gasgenerator dargestellt, der ein zweischaliges Außengehäuse 10 besitzt, welches durch ein topfförmiges Oberteil 12 und ein topfförmiges Unterteil 14 gebildet ist. Das topfförmige Unterteil 14 hat eine durch Tiefziehen geformte Einbuchtung 16, in der ein nicht gezeigter Zünderstecker aufgenommen werden kann. Im Inneren des Gasgenerators 10 ist eine mit pyrotechnischem Treibstoff 18 gefüllte Brennkammer 20 vorgesehen. Zum Anzünden des Treibstoffes 18 wird eine vorgefertigte Anzündereinheit 22 verwendet, die zentral in der Brennkammer 20 sitzt und einen zylindrischen, mit Pyrotechnik gefüllten Kopf 23 sowie Teil der Anzündereinheit bildende, rückseitig von ihr abstehende Anzünderkontakte 24 aufweist. Ein deckelförmiges, den Kopf 23 der Anzündereinheit 22 umgebendes Gehäuse 26 nimmt eine pyrotechnische Verstärkerladung 28 auf. Sowohl der Treibstoff 18 als auch die Verstärkerladung 28 können eine oder auch mehrere Schüttungen einzelner Treibstoffkörper, wie z.B. gepresste Treibstofftabletten oder extrudierte Treibstoffkörper umfassen, aber auch in Form eines monolithischen Formkörpers oder in Form von aneinandergereihten Scheiben bzw. Ringen vorliegen. Der Gasgenerator 10 weist eine axiale Längsachse A auf, welche in 1 im Wesentlichen mittig des Gasgenerators 10 dargestellt ist. Der nicht gezeigte Zünderstecker kann in einem in die Halterung eingesteckten, die Anzünderkontakte 24 kontaktierenen, Zustand elektrische Signale von einem Steuergerät an den Gasgenerator übertragen und somit bei Bedarf den Gasgenerator funktionsgemäß auslösen bzw. aktivieren.
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In 2 ist das Unterteil 14 des Gehäuses 10 in der Draufsicht leicht vergrößert dargestellt. Es handelt sich bei dem Unterteil 14 um ein tiefgezogenes Metallteil, das eine zentrale Durchtrittsöffnung 30 besitzt, die sich entlang der axialen Längsachse A erstreckt und durch die die beiden Anzünderkontakte 24 hindurchragen können.
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Die Durchtrittsöffnung 30 ist zylinderförmig, insbesondere in Form eines geraden Zylinders, ausgebildet und weist eine spezielle, nicht kreisförmige Kontur K auf, die in einem Schnitt senkrecht zur axiale Längsachse A (siehe 2) die Form eines Zykloids hat. In einer alternativen Ausführungsform kann die Durchtrittsöffnung 30 nicht zylinderförmig gestaltet sein und beispielsweise eine Schraubenform aufweisen.
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Die Anzündereinheit 22 (siehe 1) wird durch Umspritzen/Umschäumen, insbesondere mit Kunststoff, mit der Halterung 14 verbunden, indem beide Bauteile in ein Spritz- oder Schäumwerkzeug eingesetzt werden. Der eingebrachte flüssige Kunststoff 34 dringt in einen ringförmigen Zwischenraum zwischen einem das bezüglich der Herstellung des Gasgenerators spätere Gehäuse 26 simulierende Werkzeug und dem Kopf 23 ein, um diesen auszufüllen. Der Kunststoff 34 füllt auch den Zwischenraum in vertikaler Richtung von Kopf 23 bis zur plateauartigen Erhebung der Halterung 14, weiter komplett die Durchtrittsöffnung 30 und schließlich auch die unterseitige Einbuchtung 16 in der Halterung 14, ausgenommen einer Aufnahme für den später an die Anzünderkontakte 24 anzuschließenden Zünderstecker, aus.
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Damit sind in den Kunststoff 34 die Anzündereinheit 22 und die Halterung 14 eingebettet, so dass die Anzündereinheit 22 lagegesichert bzw. verdrehgesichert mit der Halterung 14 verbunden ist.
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Anschließend wird die pyrotechnische Verstärkerladung 28 in das Gehäuse 26 gefüllt und die durch das Spritzen/Schäumen entstandene Einheit in das Gehäuse 26 gesteckt.
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Im Bereich der speziell geformten, nicht kreisförmigen Durchtrittsöffnung 30, die vollständig mit Kunststoff 34 ausgefüllt ist, besteht folglich zwischen dem ausgehärteten Kunststoff 34 und der Halterung 14 ein mechanischer Verdrehschutz, der ein Lockern oder Lösen des Kunststoffes 34 von der Halterung 14 bei übermäßiger Krafteinwirkung von außen verhindert. Eine solche Krafteinwirkung von außen könnte beispielsweise über einen nicht gezeigten Zünderstecker, der an die Anzünderkontakte 24 angeschlossen ist und über den z.B. ungewollte Torsionsbewegungen eingeleitet werden, auftreten.
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Die Kontur K der Durchtrittsöffnung 30 hat (siehe 2) drei gerundete konvexe Biegungsabschnitte 36 sowie drei konvexe Übergangsabschnitte 38, die jeweils zwei benachbarte Biegungsabschnitte 36 miteinander verbinden. Die Krümmung der Biegungsabschnitte 36 ist größer als die Krümmung der Übergangsabschnitte 38. Des Weiteren weisen die Biegungsabschnitte 36 und die Übergangsabschnitte 38 alle dieselbe Krümmungsrichtung auf. Somit besteht die Kontur K ausschließlich aus konvexen Abschnitten 36, 38 und weist demnach weder Ecken, gerade Abschnitte noch Krümmungswechsel zwischen konvex und konkav auf. Jeder Übergangsabschnitt 38 grenzt an seinen Enden unmittelbar an einen Biegungsabschnitt 36 an.
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Sowohl die Biegungsabschnitte 36 als auch die Übergangsabschnitte 38 sind jeweils für sich betrachtet identisch gestaltet, d.h. eine Gruppe aller Biegungsabschnitte 36 und eine Gruppe aller Übergangsabschnitte 38 haben jeweils für sich gesehen dieselbe Krümmung und Länge. In einer alternativen Ausführungsform können die Biegungsabschnitte 36 und/oder die Übergangsabschnitte 38 jeweils unterschiedlich zueinander gestaltet sein.
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Die Biegungsabschnitte 36 sind ferner gleichmäßig über den Umfang der Kontur K verteilt, haben also den selben Abstand zueinander bzw. haben radial umlaufend betrachtet den selben Winkelabstand zueinander. Alternativ können die Biegungsabschnitte 36 und/oder die Übergangsabschnitte 38 unregelmäßig über den Umfang der Kontur K verteilt sein.
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In den 3 bis 8 sind Beispiele von Konturen K der Durchtrittsöffnungen 30 weiterer Ausführungsformen der Halterung 14 dargestellt.
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Die 3 bis 5 zeigen Konturen K in Form von Epitrochoiden und die 6 bis 8 zeigen Konturen K in Form von Hypotrochoiden.
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Jede Kontur K ist zusammen mit einem gleichförmigen Fünfeck 40 sowie einem entsprechenden Inkreis 42 in einem kartesischen Koordinatensystem abgebildet. In 8 ist das Fünfeck 40 um den Ursprung gedreht dargestellt, um den unterschiedlichen Verlauf zur Kontur K hervorzuheben.
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Die 3 und 6 zeigen jeweils eine Trochoide mit drei Biegungsabschnitten 36 und drei Übergangsabschnitten 38, die 4 und 7 zeigen jeweils eine Trochoide mit vier Biegungsabschnitten 36 und vier Übergangsabschnitten 38 und die 5 und 8 zeigen jeweils eine Trochoide mit fünf Biegungsabschnitten 36 und fünf Übergangsabschnitten 38.
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Im Vergleich zu einem Polygon mit einer Anzahl von Ecken, die der Anzahl der Biegungsabschnitte 36 entspricht, kann die Kontur K in Form einer Trochoide bei gleichem Inkreis 42 wie das Polygon einen größeren Flächeninhalt aufweisen. Hierdurch kann der Gasgenerator bezüglich seiner inneren Funktionsdrücke im Falle eines Auslösens bzw. Aktivierung des Gasgenerators wesentlich robuster durch den massiveren Kunststoffabschnitt, der sich durch die Durchtrittsöffnung 30 erstreckt, ausgelegt werden. Zudem ist die gesamte Anbindung bzw. Verbindung von Halterung 14, Kunststoff 34 und Anzündereinheit 22 für sich gesehen stabiler und robuster durch den massiveren Kunststoffanteil bzw. Kunststoffabschnitt ausgebildet.
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Alternativ kann die Kontur K eine Form aufweisen, die durch eine zweidimensionale Projektion einer Toruskurve oder einer Evolvente einer Hypozykloide gebildet ist.
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Die Anzahl der Biegungsabschnitte 36 bei allen Ausführungsformen ist nicht auf drei, vier oder fünf begrenzt, sondern kann beliebig groß sein. Jedoch weist eine Durchtrittsöffnung 30 mit steigender Anzahl der Biegungsabschnitte 36 einen Verdrehschutz mit abnehmender Wirkung auf, da sich die Kontur K der Durchtrittsöffnung 30 an die Form eines Kreises annähert und sich damit die Wirkung eines Verdrehschutzes reduziert. Daher sind Konturen K mit drei, vier oder fünf Biegungsabschnitten 36 bevorzugt, insbesondere Konturen K mit drei Biegungsabschnitten 36.
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Bezüglich der geometrischen Form der Durchtrittsöffnung 30 hat es sich herausgestellt, dass eine Kontur K mit den oben genannten Eigenschaften einen optimalen Verdrehschutz bereitstellt. Zugleich wird der Kunststoff weniger belastet bezüglich mechanischer Spannungen, sowohl bei der Herstellung, also bei einem entsprechenden Spritzgussverfahren, als auch bei einem fertigen Gasgenerator.
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Insbesondere hat sich eine symmetrisch gestaltete Kontur K als optimaler Verdrehschutz erwiesen, da hier eine Krafteinwirkung von außen gleichmäßig auf den Kunststoff 34 und die Halterung 14 übertragen wird.
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Die eckenfreie Kontur K führt dazu, dass die Durchtrittsöffnung 30 keine Kanten aufweist und somit beim Verdrehen, beispielsweise durch Torsionsbewegungen eines nicht dargestellten gesteckten Zündersteckers, nur geringe Kerbspannungen auftreten. Ferner ist die Dichtigkeit verbessert.
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Ferner haben Versuche gezeigt, dass Halterungen 14 mit einer auf diese Weise geformten Durchtrittsöffnung 30 mit geringerem Werkzeugverschleiß, d.h. kostengünstiger, herstellbar sind und leichter bzw. mit kürzeren Taktzeiten mit Kunststoff 34 ausgespritzt werden können. Dies liegt vor allem an den gekrümmten Abschnitten 36, 38, die fertigungstechnisch leichter herstellbar sind als beispielsweise Konturen K mit Ecken und geraden Abschnitten.
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Des Weiteren wirkt sich die Durchtrittsöffnung 30 mit einer derartigen Form vorteilhaft beim Spritzgießen aus, sodass der Kunststoff 34 nur eine geringe Scherung aufweist und somit auch hier kürzere Taktzeiten möglich sind.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale einer Ausführungsform unabhängig von den anderen Merkmalen der entsprechenden Ausführungsform in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform enthalten sein, d.h. die beschriebenen Merkmale sind beliebig kombinierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010010354 U1 [0003]
