DE10346372A1

DE10346372A1 - Gasgenerator für ein Airbagmodul

Info

Publication number: DE10346372A1
Application number: DE2003146372
Authority: DE
Inventors: Lothar Anacker; Thomas Gruss; Peter Lehniger; Stefan Nitschke; Markus Taufer; Uwe Blessing; Karl Bayer
Original assignee: Petri DN GmbH Inflator Systems
Current assignee: Petri DN GmbH Inflator Systems
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2005-05-25

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasgenerator für ein Airbagmodul mit einem Speichergasbehälter zur Aufnahme eines Speichergases, mit einem Auslass des Speichergasbehälters, der durch eine Bersteinrichtung verschlossen ist, welche unter dem Druck des Speichergases zerbirst, wenn sie nicht zusätzlich abgestützt ist, mit einer Stützeinrichtung zum Abstützen der Bersteinrichtung, die ein die Bersteinrichtung abstützendes Stützelement sowie ein Widerlager für die Stützeinrichtung aufweist, und mit einer pyrotechnischen Ladung, bei deren Zündung mittels einer Zündeinrichtung ein Gas freigesetzt wird, durch das das Widerlager derart bewegbar ist, dass es das Stützelement freigibt und dieses einem Bersten der Bersteinrichtung nicht mehr entgegensteht. Erfindungsgemäß ist das Widerlager (5) in einem Käfig (3) geführt, so dass es sich unter der Wirkung der bei Zündung der pyrotechnischen Ladung (21) freigesetzten Gase (P) entlang einer durch die Begrenzungswände (31, 32; 33, 34) des Käfigs (3) vorgesehenen Richtung (B) bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator für ein Airbagmodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Gasgenerator, insbesondere in Form eines so genannten Kalt- oder eines Hybrid-Gasgenerators, umfasst einen Speichergasbehälter zur Aufnahme eines Speichergases; einen Auslass des Speichergasbehälters, der durch eine Bersteinrichtung verschlossen ist, welche unter dem Druck des Speichergases zerbirst, wenn sie nicht zusätzlich abgestützt ist; eine Stützeinrichtung zum Abstützen der Bersteinrichtung, die ein die Bersteinrichtung abstützendes Stützelement sowie ein Widerlager für das Stützelement aufweist; und eine pyrotechnische Ladung mit einer Zündeinrichtung, bei deren Zündung ein Gas freigesetzt wird, durch dessen Druck das Widerlager derart bewegbar ist, dass es das Stützelement freigibt und dieses einem Zerbersten der Bersteinrichtung nicht mehr entgegensteht.
Bei diesem Gasgenerator ist also die die Bersteinrichtung abstützende Stützeinrichtung mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildet, und umfasst einerseits ein Stützelement, das unmittelbar zum Abstützen der Bersteinrichtung dient, sowie andererseits ein Widerlager für das Stützelement, welches das Stützelement in einer Position hält, in der es abstützend auf die Bersteinrichtung einwirkt. Bei einer Zündung der pyrotechnischen Ladung wird ein Gas erzeugt, das mit seinem Gasdruck auf das Widerlager einwirkt und dieses derart bewegt, dass es das Stützelement freigibt. Dieses verliert hierdurch seine Stützwirkung und steht einem Zerbersten der Bersteinrichtung nicht mehr entgegen. Durch das Zerbersten der Bersteinrichtung wird der Auslass des Speichergasbehälters freigegeben und das Speichergas kann durch diesen hindurch aus dem Speichergasbehälter austreten. Dabei vermischt es sich ggf. mit den durch Zündung der pyrotechnischen Ladung erzeugten pyrotechnischen Gase und die genannten Gase treten gemeinsam durch Austrittsöffnungen in der Wand des Gasgenerators hindurch aus, um einen Gassack eines Airbagmoduls aufzublasen. Ein solcher Gasgenerator ist aus der DE 199 51 672 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Gasgenerator der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung eines Gasgenerators mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Danach ist das Widerlager der Stützeinrichtung in einem Käfig geführt, so dass es sich unter der Wirkung der bei Zündung der pyrotechnischen Ladung freigesetzten pyrotechnischen Gase entlang einer durch die mindestens eine Begrenzungswand des Käfigs vorgegebenen Richtung bewegt.
Durch die definierte Führung des Widerlagers der mehrteiligen Stützeinrichtung in einem Käfig (unter dem hier allgemein eine beliebige, zur Führung des Widerlagers geeignete Umhausung verstanden wird) ist eine zuverlässige Deaktivierung der Stützeinrichtung beim Auslösen des Gasgenerators, also dem Zünden der pyrotechnischen Ladung, sichergestellt, so dass der Auslass des Speichergasbehälters zuverlässig freigegeben wird und keine Leistungsverluste der pyrotechnischen Baugruppe auftreten.
Diese vorteilhaften Wirkungen werden ohne kostspieligen Mehraufwand erzielt, da der für die Führung des Widerlagers vorgesehene Käfig durch entsprechende Gestaltung des Innenraumes des Gasgenerators in einfacher Weise zu Verfügung gestellt werden kann.
Das Widerlager ist vorzugsweise zwischen mindestens zwei einander gegenüberliegenden seitlichen Begrenzungswänden des Käfigs geführt und stützt sich dabei (im Ausgangszustand und/oder bei seiner Bewegung) quer zu seiner Führungsrichtung an den seitlichen Begrenzungswänden ab, d.h. die seitlichen Begrenzungswände des Käfigs begrenzen eine Bewegung des Widerlagers quer zu seiner Führungsrichtung vorzugsweise derart, dass eine substantielle Bewegung des Widerlagers quer zu seiner Führungsrichtung verhindert wird.
Hierzu können erste seitliche Begrenzungswände vorgesehen sein, die eine Bewegung des Widerlagers entlang der Abstützrichtung verhindern, entlang der das Stützelement auf die Bersteinrichtung einwirkt, sowie zweite seitliche Begrenzungswände, die eine Bewegung des Widerlagers senkrecht zu jener Abstützrichtung verhindern. Hierdurch wird eine definierte, präzise Führung des Widerlagers entlang einer Raumrichtung ermöglicht. Der Käfig bildet dabei vorzugsweise einen in Führungsrichtung des Widerlagers erstreckten Kanalabschnitt.
Für ein Zusammenwirken mit den Begrenzungswänden des Käfigs weist das Widerlager seitliche Führungsflächen auf, über die es sich an den Begrenzungswänden des Käfigs abstützen kann.
Anstelle der vorstehend beispielhaft angegebenen mehreren seitlichen Begrenzungswände kann auch eine einzelne ringartig (z.B. entlang eines Kreisbogens) umlaufende Begrenzungswand des Käfigs (gebildet z.B. durch einen Käfig in Form einer hohlzylindrischen Hülse) vorgesehen sein, an der sich das Widerlager in unterschiedlichen Raumrichtungen senkrecht zu seiner Führungsrichtung abstützen kann.
Die Abströmöffnungen des Gasgenerators, durch die hindurch das Speichergas sowie ggf. die pyrotechnischen Gase (im Fall eines Hybrid-Gasgenerators) zum Aufblasen eines Gassackes aus dem Gasgenerator austreten können, sind vorzugsweise zunächst durch die Stützeinrichtung derart verschlossen, dass die durch die pyrotechnische Ladung freigesetzten Gase erst nach einer Bewegung des Widerlagers und/oder des Stützelementes durch die Abströmöffnungen hindurch ausströmen könne. Das heißt, die bei Zündung der pyrotechnischen Ladung freigesetzten Gase dienen zunächst ausschließlich dazu, das Widerlager entlang seiner Führungsrichtung zu bewegen und hierdurch das Stützelement der Stützeinrichtung freizugeben. Erst wenn die entsprechende Bewegung des Widerlagers in Gang gesetzt wurde, also nach einem Übergang von der Haft- zur Gleitreibung, werden die Abströmöffnungen freigegeben, so dass die pyrotechnischen Gase (und dann auch die nach dem Zerbersten der Bersteinrichtung freigesetzten Speichergase) durch die Abströmöffnungen hindurch aus dem Gasgenerator austreten können. Hierdurch wird in erhöhtem Maße ein sicheres Entriegeln der Stützeinrichtung durch Bewegung des Widerlagers entlang der Führungsrichtung gewährleistet.
Der Zugang zu den Abströmöffnungen des Gasgenerators kann dabei entweder durch das Widerlager oder durch das Stützelement der Stützeinrichtung verschlossen sein. Je nachdem, ob der Zugang durch das Widerlager oder das Stützelement verschlossen ist, kann ein Ausströmen der pyrotechnischen Gase durch die Abströmöffnungen erst nach einer Bewegung des Widerlagers bzw. einer (späteren) Bewegung des Stützelementes erfolgen.
Das Stützelement ist vorzugsweise als Stützzylinder ausgebildet, der in einer Kolbenführung entlang der Richtung geführt ist, entlang der er sich von der Bersteinrichtung wegbewegen kann, und zwar insbesondere parallel zur Abstützrichtung entlang der er die Bersteinrichtung abstützt, und damit insbesondere senkrecht zur Führungsrichtung des Widerlagers.
Der Stützzylinder ist dabei mit Vorteil als ein hantelartiger Doppelkolben ausgebildet, der in axialer Richtung betrachtet, zwei zylindrische Kolbenabschnitte aufweist, die jeweils in einer zugeordneten Kolbenführung geführt werden können, und die durch einen Verbindungsbereich kleineren Querschnitts miteinander verbunden sind. Der Verbindungsbereich kleineren Querschnitts stellt nach der Zündung der pyrotechnischen Ladung und einer hierdurch hervorgerufenen Bewegung des Widerlagers einerseits sowie des Stützzylinders andererseits den Raum zu Verfügung (Zwischenraum zwischen den beiden Kolbenabschnitten), durch den hindurch die Gase zu den Abströmöffnungen des Gasgenerators gelangen können.
Es kann sich bei dem Stützzylinder aber auch um einen einfachen Kolben mit Schaft und einem Kopf (Kolbenabschnitt) handeln.
Die Bewegung des Stützelementes, beispielsweise in Form eines Stützzylinders, wird vorzugsweise durch die bei Zündung der pyrotechnischen Ladung freigesetzten Gase ausgelöst, was z.B. dadurch erreicht werden kann, dass ein Kolbenabschnitt des Stützzylinders einen größeren Durchmesser als der andere aufweist und damit eine vergrößerte Angriffsfläche für die pyrotechnischen Gase bildet (oder der Stützzylinder überhaupt nur einen Kolbenabschnitt aufweist). Hierdurch wird eine definierte Bewegungsrichtung des Stützzylinders unter der Wirkung der pyrotechnischen Gase vorgegeben. Somit wird eine Minimalfunktion des Gasgenerators erzielt, da beim Auslösen des Gasgenerators und dem Zünden der pyrotechnischen Ladung zumindest die pyrotechnisch erzeugten Gase in den aufzublasenden Gassack gelangen und daher bei einer Fehlfunktion des Speichergasbehälters (z.B. einem versehentlich nicht mit Speichergase gefüllten Speichergasbehälter) aufgrund der freigesetzten pyrotechnischen Gase keine so hohen Drücke innerhalb des Gasgenerators entstehen, die zu einer Zerstörung des Gasgenerators führen würden. Das heißt, die Bewegung des Stützelementes nach dem Wegfall seines Widerlagers ist nicht abhängig davon, dass in dem Speichergasbehälter vorhandenes Speichergas einen entsprechenden Druck auf die Bersteinrichtung ausübt sondern wird vielmehr bereits durch die bei Zündung der pyrotechnischen Ladung erzeugten Gase bewirkt.
Der andere Kolbenabschnitt des Doppelkolbens dient als Stützabschnitt zum Abstützen der Bersteinrichtung. Beide Stützabschnitte sind vorzugsweise zylindrisch ausgebildet.
Das Widerlager wiederum stützt sich zunächst einerseits an dem Stützelement und andererseits an einer Begrenzungswand des Käfigs ab, um das Stützelement räumlich zu fixieren. Nach dem Zünden der pyrotechnischen Feststoffladung wird das Widerlager dann senkrecht zu seiner Abstützrichtung bewegt und gibt hierdurch das Stützelement frei.
Die bei Zündung der pyrotechnischen Ladung erzeugten Gase strömen vorzugsweise in Bewegungsrichtung des Widerlagers und senkrecht zur Abstütz- bzw. Bewegungsrichtung des Stützelementes in den Gasgenerator ein, um die gewünschte Bewegung des Widerlagers zu erzeugen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Stützelement einen Bereich auf, insbesondere in Form einer Schräge (Fase), der bei einer Bewegung des Stützelementes weg von der Bersteinrichtung gleichzeitig die Bewegung des Widerlagers entlang dessen Führungsrichtung unterstützt.
Ferner kann das Stützelement eine Durchgangsöffnung aufweisen, die in den mittels der Bersteinrichtung verschlossenen Auslass des Speichergasbehälters mündet. Dadurch kann die Bersteinrichtung im Fall eines Auftretens extrem hoher Drücke im Speichergasbehälter, z.B. als Folge eines Brandes, im Bereich der Durchgangsöffnung aufreißen und das Speichergas kann durch die Durchgangsöffnung hindurch aus dem Speichergasbehälter austreten. Hierdurch wird eine Zerstörung des Speichergasbehälters beim Auftreten extremer Drücke des Speichergases vermieden. Das Stützelement mit der Durchgangsöffnung bildet somit ein Überdruckventil bzw. Notventil zum Schutz des Speichergasbehälters beim Auftreten eines sehr großer Druckes.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
Es zeigen:
1a und 1b – einen Längsschnitt und einen Querschnitt durch einen Gasgenerator mit einem Speichergasbehälter für ein Speichergas und einer pyrotechnischen Ladung mit zugeordneter Zündeinrichtung;
1c und 1d – den Gasgenerator aus den 1a und 1b bei Zündung der pyrotechnischen Ladung;
1e und 1f – den Gasgenerator aus den 1a und 1b nach Zündung der pyrotechnischen Ladung, beim Ausströmen von Gas zum Aufblasen eines Gassackes;
2a und 2b – eine erste Abwandlung des Gasgenerators aus den 1a und 1b in einem Längsschnitt und einem Querschnitt;
2c und 2d – den Gasgenerator aus den 2a und 2b beim Zünden der pyrotechnischen Ladung;
2e und 2f – den Gasgenerator aus den 2a und 2b nach Zündung der pyrotechnischen Ladung, beim Ausströmen von Gas zum Aufblasen eines Gassackes;
3a und 3b – eine zweite Abwandlung des Gasgenerators aus den 1a und 1b in einem Längsschnitt und einem Querschnitt;
3c und 3d – den Gasgenerator aus den 3a und 3b bei Zündung der pyrotechnischen Ladung;
3e und 3f – den Gasgenerator aus den 3a und 3b nach Zündung der pyrotechnischen Ladung, am Beginn des Ausströmens der Gase zum Aufblasen eines Gassackes;
3g und 3h – den Gasgenerator aus den 3a und 3b nach Zündung der pyrotechnischen Ladung, beim Ausströmen der Gase zum Aufblasen eines Gassackes;
4a bis 4d – eine dritte Abwandlung des Gasgenerators aus den 1a und 1b.
In den 1a und 1b ist ein Gasgenerator zum Aufblasen eines Gassackes eines Airbagmoduls in einem Kraftfahrzeug dargestellt, der einen von einer Wand 10 umschlossenen Speichergasbehälter 1 mit einem unter hohem Druck gespeicherten, inerten Speichergas S zum Aufblasen eines Gassackes umfasst. Der Speichergasbehälter 1 weist einen mittels einer Bersteinrichtung 15 in Form einer Membran verschlossenen zylindrischen Auslass 12 auf, durch den hindurch das Speichergas S beim Auslösen des Gasgenerators zum Aufblasen eines Gassackes austreten kann. Die Membran 15 ist dabei derart ausgebildet, dass sie für sich genommen dem Druck des Speichergases S in dem Speichergasbehälter 1 nicht standhalten kann und daher durch dieses zerstört würde, wenn ihr nicht eine Stützeinrichtung 4,5 zugeordnet wäre, die die Membran 15 gegen den Innendruck des Speichergasbehälters 1 abstützt.
Die zweiteilig ausgebildete Stützeinrichtung 4,5 umfasst als erstes Element ein Stützelement 4 in Form eines als Doppelkolben ausgebildeten Stützzylinders. Der als hantelartiger Doppelkolben ausgebildete Stützzylinder 4 umfasst zwei Kolbenabschnitte 41, 42, die über einen Verbindungsabschnitt 40 geringeren Durchmessers miteinander verbunden sind, und die jeweils in einer Führung 11, 12 des Gasgenerators axial geführt sind. Die beiden zylindrischen Kolbenabschnitte 41, 42 weisen einen unterschiedlichen Durchmesser auf, wobei der membranseitige Kolbenabschnitt 41 mit dem größeren Durchmesser in einer von dem Speichergasbehälter 1 beabstandeten Führung 11 axial geführt ist und der andere, diffusorseitige Kolbenabschnitt 41 in dem Auslass 12 des Speichergasbehälters 1 geführt ist und die den Auslass 12 verschließende Membran 15 axial entlang einer Abstützrichtung A abstützt. Dieser Kolbenabschnitt 42 weist ferner eine Durchgangsöffnung 45 auf, die in die Membran 15 mündet.
Der Stützzylinder 4 ist in dem Gasgenerator mittels eines in einem Käfig 3 verschiebbar angeordneten Widerlagers 5 fixiert. Das Widerlager 5 wird gebildet durch einen in Abstützrichtung A des Stützzylinders 4 erstreckten, bogenförmig gekrümmten Grundkörper 50, der sich mit einer Stirnseite 51 an einer seitlichen Begrenzungswand 31 des Käfigs 3 und mit der anderen Stirnseite 52 neben einer weiteren seitlichen Begrenzungswand 32 des ein Gehäuse bildenden Käfigs 3 an dem in dem Auslass 12 angeordneten Kolbenabschnitt 42 abstützt. Hierdurch ist der Kolben 4 in einer axialen Lage fixiert, in der er die Membran 15 abstützt und eine Zerstörung der Membran 15 durch den Druck des Speichergases S in dem Speichergasbehälter 1 verhindert.
Darüber hinaus sind zwei seitliche, abgewinkelte Endabschnitte 53, 54 des Widerlagers 5 an weiteren, einander gegenüberliegenden Seitenwänden 33, 34 des Käfigs 3 abgestützt. Insgesamt ist durch die beschriebene Lagerung des Widerlagers 5 innerhalb des Käfigs 3, wobei sich das Widerlager 5 sowohl entlang der Abstützrichtung A des Stützzylinders 4 als auch entlang einer Raumrichtung senkrecht hierzu jeweils an einander gegenüberliegenden seitlichen Begrenzungswänden 31, 32 bzw. 33, 34 des Käfigs abstützt, das Widerlager 5 nur entlang einer Raumrichtung (Bewegungsrichtung B in Richtung auf eine Rückwand 35 des Käfigs 3) beweglich in dem Käfig 3 geführt. Diese Bewegungsrichtung B verläuft senkrecht zu der Abstützrichtung A (axiale Erstreckung) des Stützzylinders 4.
Auf der dem Widerlager 5 abgewandten Seite des Stützzylinders 4 ist am Gasgenerator in einem separaten Gehäuse 20 eine pyrotechnische Baugruppe 2 angeordnet, die eine pyrotechnische Ladung 21 und eine zugeordnete, über eine Steckereinrichtung 23 elektrisch kontaktierbare und auslösbare Zündeinrichtung 22 umfasst. Vor der pyrotechnischen Ladung 21 weist das Gehäuse 20 der pyrotechnischen Baugruppe 2 eine Öffnung 25 auf, durch die hindurch beim Zünden der Pyrotechnischen Ladung 21 entstehende pyrotechnische Gase in den Käfig 3 einströmen können, um auf das Widerlager 5 entlang dessen Bewegungsrichtung B einzuwirken. Auf der in axialer Richtung (entlang der Abstützrichtung A) dem Speichergasbehälter 1 abgewandten Seite des Stützzylinders 4 sind vor einem Diffusor 18 Abströmöffnungen 19 des Gasgenerators vorgesehen, durch die hindurch das Speichergas S zum Aufblasen eines Gassackes aus dem Gasgenerator austreten kann.
Wird von einem Crash-Sensor ein Unfall detektiert, der zum Schutz eines Fahrzeuginsassen das Aufblasen eines Gassackes des dem Gasgenerator zugeordneten Airbagmoduls erforderlich macht, so wird mittels der Zündeinrichtung 22 die pyrotechnische Ladung 21 gezündet und es werden pyrotechnische Heißgase P erzeugt, vgl. 1c und 1d, die durch die Öffnung 25 in dem Gehäuse 20 der pyrotechnischen Baugruppe 2 hindurch senkrecht zur Abstützrichtung A in den Käfig 3 einströmen und dabei auf das Widerlager 5 einwirken. Hierdurch wird das Widerlager 5 entlang seiner Bewegungsrichtung B (senkrecht zur Abstützrichtung A des Stützzylinders 4) in Richtung auf die Rückwand 35 des Käfigs 3 verschoben, wobei das Widerlager 5 in allen Richtungen senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung B an den seitlichen Begrenzungswänden 31, 32 sowie 33, 34 des Käfigs 3 definiert geführt ist.
Durch diese Bewegung des Widerlagers 5 gerät dessen Stirnseite 32, die dem membranseitigen Kolbenabschnitt 42 zugeordnet ist, außer Eingriff mit jenem Kolbenabschnitt 42 und das Widerlager für den Stützzylinder 42 entfällt, vgl. 1c und 1d. Hierdurch ist die Membran 15 nicht mehr abgestützt, so dass diese unter der Wirkung des Überdruckes des Speichergases S in dem Speichergasbehälter 1 zunehmend gedehnt wird, bis sie schließlich zerbirst. Gleichzeitig bewegt sich der Stützzylinder 4 in axialer Richtung weg von der Membran 15. Die entsprechende Bewegung des Stützzylinders 4 wird unterstützt durch die beim Verbrennen der pyrotechnischen Ladung 21 erzeugten pyrotechnischen Heißgase P. Denn aufgrund des unterschiedlichen Durchmessers der beiden Kolbenabschnitte 41, 42 bieten diese unterschiedlich große Angriffsflächen 41a bzw. 42a für die in den Käfig 3 einströmenden Heißgase. Aufgrund der größeren Angriffsfläche 41a des von der Membran 15 beabstandeten Kolbenabschnittes 41 wirken dort (ausgehend von einem einheitlichen Druck in dem Käfig 3) die größeren Druckkräfte verglichen mit dem membranseitigen Kolbenabschnitt 42. Hierdurch wird unter der Wirkung der pyrotechnischen Gase P der Zylinderkolben 4 in axialer Richtung von der Membran 15 wegbewegt. Die axiale Bewegung des Stützzylinders 4 unterstützt dabei durch das Zusammenwirken einer Schräge (Phase 43) am membranseitigen Kolbenabschnitt 42 des Stützzylinders 4 mit dem Widerlager 5 die Bewegung des Widerlagers 5 entlang seiner Bewegungsrichtung B.
Somit ist gewährleistet, dass selbst bei einem Defekt des Speichergasbehälters 1, insbesondere bei einem versehentlich nicht mit Speichergas befülltem Speichergasbehälter 1, nach einem Zünden der Zündeinrichtung 22 des Gasgenerators der Zylinderkolben 4 (nach der vorherigen Bewegung des Widerlagers 5) von der Membran 15 wegbewegt wird – also auch dann, wenn membranseitig aufgrund des fehlenden Speichergases kein Druck auf den entsprechenden Kolbenabschnitt 42 des Stützzylinders 4 ausgeübt wird.
Durch die Verschiebung des Stützzylinders 4 in axialer Richtung werden die Abströmöffnungen 19 freigegeben, durch die hindurch die im Gasgenerator gespeicherten bzw. erzeugten Gase S, P als Gasgemisch G zum Aufblasen eines Gassackes austreten können, vgl. 1e und 1f. Wie anhand einer Zusammenschau der 1a, 1b; 1c, 1d sowie 1e und 1f erkennbar, sind diese Abströmöffnungen 19 vor dem Zünden der Zündeinrichtung 22 durch den der Membran 15 abgewandten Kolbenabschnitt 41 des Stützzylinders 4 verschlossen (s. 1a und 1b) und werden erst durch das axiale Verschieben des Stützzylinders 4 freigegeben, wobei die Gase den Freiraum zwischen den beiden voneinander beabstandeten Kolbenabschnitten 41, 42 des Stützzylinders 4 nutzen, um zu den Abströmöffnungen 19 zu gelangen, s. 1e und 1f.
Da die Abströmöffnungen 19 des Gasgenerators erst freigegeben werden, nachdem die durch die pyrotechnischen Heißgase P sowie teilweise das Speichergas S induzierte Bewegung des Widerlagers 5 und des Stützzylinders 4 eingesetzt hat und damit für diese Bauelemente jeweils der Übergang von der Haftreibung zur Gleitreibung erfolgte, ist ein zuverlässiges Aufbrechen der Stützeinrichtung 4, 5 beim Auslösen des Gasgenerators gewährleistet. Denn zur anfänglichen Überwindung der Haftreibung stehen der Druck der pyrotechnischen Gase P sowie ggf. des Speichergases S in vollem Umfang zu Verfügung, da die Gase S, P nicht zu den Abströmöffnungen 19 des Gasgenerators gelangen können, welche hinter dem einen Kolbenabschnitt 41 des Stützzylinders 4 liegen.
Nachdem die Membran 15 (aufgrund der nun fehlenden Abstützung) unter dem Druck des Speichergases S schließlich aufgerissen ist und die Abströmöffnungen 19 durch eine hinreichende axiale Verschiebung des Stützzylinders 4 freigegeben sind, können dann sowohl das Speichergas S als auch die ggf. (bei einem Hybrid-Gasgenerator) weiterhin erzeugten pyrotechnischen Heißgase P durch diese Abströmöffnungen 19 hindurch aus dem Gasgenerator ausströmen und in einen aufzublasenden Gassack gelangen.
Die vorstehen beschriebene Ausbildung eines Gasgenerators ist in ihrem Prinzip unabhängig davon, ob die pyrotechnischen Heißgase substantiell zum Aufblasen des Gassackes beitragen (so genannter Hybrid-Gasgenerator) oder ob sie lediglich dazu dienen, durch eine Verschiebung des Widerlagers 5 sowie des Stützzylinders 4 die Zerstörung der Membran 15 einzuleiten, damit das Speichergas S zum Aufblasen des Gassackes aus dem Speichergasbehälter 1 austreten kann (so genannter Kaltgasgenerator).
Aufgrund der vorstehen beschriebenen axialen Verschiebung des Stützzylinders 4 schon unter der Wirkung der pyrotechnischen Heißgase P (also unabhängig davon, ob der Speichergasbehälter 1 tatsächlich ein Speichergas S enthält, welches auf den Stützzylinder 4 einwirken kann), können die erzeugten pyrotechnischen Heißgase P in jedem Fall durch die Abströmöffnungen 19 hindurch aus dem Gasgenerator ausströmen. Eine Zerstörung des Gasgenerators aufgrund des Druckes der pyrotechnischen Gase P wird dadurch zuverlässig vermieden.
Ferner besitzt der Gasgenerator eine Sicherheitseinrichtung, die eine Zerstörung des Gasgenerators beim Auftreten eines überhöhten Druckes (insbesondere infolge eines Brandes) in dem Speichergasbehälter 1 verhindert. In einem solchen Fall reißt die Membran 15 im Bereich der Durchgangsöffnung 45 des membranseitigen Kolbens 42 des Stützzylinders 4 auf und das Speichergas kann durch diese Durchgangsöffnung 45 hindurch aus dem Speichergasbehälter 1 austreten. Der hierdurch in dem Käfig 3 entstehende Druck führt dann zu der erforderlichen Verschiebung des Widerlagers 5 einerseits und schließlich des Stützzylinders 4 andererseits, so dass wiederum die Abströmöffnungen 19 freigegeben werden. Eine Explosion des Gasgenerators aufgrund einer Überhitzung beim Transport (Brandfall) ist somit ausgeschlossen.
In den 2a und 2b ist eine Abwandlung des Gasgenerators aus den 1a und 1b dargestellt, wobei der wesentliche Unterschied in der Ausbildung des Stützzylinders 4' besteht, der bei dem in den 2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen einzelnen, in dem zylindrischen Auslass 12 des Speichergasbehälters 1 geführten Kolben 4' gebildet wird, welcher durch das Widerlager 5 abgestützt ist.
Diese Ausbildung des Stützzylinders 4' führt zum einen dazu, dass die Abströmöffnungen 19 von Anfang an für die beim Abbrennen der pyrotechnischen Ladung 21 entstehenden pyrotechnischen Heißgase P zu Verfügung stehen und die pyrotechnischen Gase P also bereits teilweise durch diese Öffnungen hindurch austreten können, bevor der Stützzylinder 4 oder das Widerlager 5 bewegt worden ist, vgl. 2c und 2d, die den Gasgenerator unmittelbar nach Zündung der pyrotechnischen Ladung 21 zeigen.
Anhand dieser Figuren wird ferner deutlich, dass die Verschiebung des Stützzylinders 4' entlang der Abstützrichtung A weg von der Membran 15 ausschließlich unter der Wirkung des in dem Speichergasbehälter 1 gespeicherten Speichergases S erfolgt, nachdem das Widerlager 5 durch eine Bewegung entlang seiner vorgesehenen Bewegungsrichtung B mit dem Stützzylinder 4 außer Eingriff gebracht worden ist und die Membran 15 dem Druck des Speichergases S nicht mehr standhalten kann und aufreißt.
Die 2e und 2f zeigen den Gasgenerator schließlich in seiner Arbeitsposition, während das Speichergas S sowie ggf. noch entstehende pyrotechnische Gase P durch die Abströmöffnungen 19 in den Diffusor 18 ausströmen.
Bei dem in den 2a bis 2f dargestellten Gasgenerator ist durch die anfängliche Zugänglichkeit der Abströmöffnungen 19 des Gasgenerators gewährleistet, dass die bei Zündung der pyrotechnischen Ladung 21 erzeugten pyrotechnischen Heißgase in jedem Fall nach außen ausströmen können.
Im Übrigen stimmt der anhand der 2a bis 2f erläuterte Gasgenerator in seinem Aufbau und seiner Funktion mit dem anhand der 1a bis 1f erläuterten überein. Zur Verdeutlichung wurden dabei für übereinstimmende Bauelemente und Baugruppen jeweils identische Bezugszeichen in den 1a bis 1f einerseits und den 2a bis 2f andererseits verwendet.
In den 3a und 3b ist eine weitere Abwandlung des in den 1a und 1b dargestellten Gasgenerators gezeigt, wobei der wesentliche Unterschied darin besteht, dass das Widerlager 5 in seinem Grundkörper 50 einen entlang seiner Erstreckungsrichtung (Abstützrichtung A des Stützzylinders 4) verlaufenden Schwächungsbereich in Form einer Nut 50a aufweist, so dass das Widerlager 5 unter Einwirkung der beim Verbrennen der pyrotechnischen Ladung 21 freiwerdenden pyrotechnischen Heizgase P zusätzlich zu einer Bewegung entlang der vorgesehenen Bewegungsrichtung B auch deformiert wird, vergleiche 3c und 3d, die die Verschiebung und Deformation des Widerlagers 5 bei Zündung der pyrotechnischen Ladung 21 mittels der Zündeinrichtung 22 darstellen.
Die Deformierbarkeit des Widerlagers 5 hat den Vorteil, dass sich dieses flexibel an die Geometrie der seitlichen Begrenzungswände 31, 32; 33, 34 des entsprechenden Käfigs 3 anpassen kann, beispielsweise auch an einen gekrümmten Verlauf seitlicher Begrenzungswände 33, 34, wie anhand der in den 3a, 3b; 3c, 3d und 3e, 3f in zeitlicher Abfolge dargestellten Verformung des Widerlagers 5 erkennbar. Die 3e und 3f zeigen dabei den Gasgenerator in einem Zustand, in dem nach einer axialen Verschiebung des Stützzylinders 5 in Form eines hantelartigen Doppelkolbens und dem Bersten der Membran 15 das Speichergas S beginnen kann, durch die Abströmöffnungen 19 hindurch abzuströmen. Die 3g und 3h zeigen schließlich den Arbeitszustand des Gasgenerators, während das aus dem Speichergasbehälter 1 stammende Speichergas S (gegebenenfalls als Gasgemisch G, vermischt mit pyrotechnischen Heizgasen P) durch die Abströmöffnungen 19 hindurch ausströmt.
In den 4a bis 4d ist eine dritte Abwandlung des Gasgenerators aus den 1a und 1b gezeigt, wobei der zur Führung des Widerlagers 5 der Stützeinrichtung 4'', 5 vorgesehene Käfig 3 durch eine zwischen dem Speichergasbehälter 1 und dem Diffusor 18 angeordnete, quer zur Abstützrichtung A des Stützzylinders 4'' erstreckte hohlzylindrische Hülse gebildet wird, die eine im Querschnitt entlang eines Kreisbogens ringförmig umlaufende Innenwand als Begrenzungswand 30 aufweist. An der Hülse ist außerdem an einem Ende ein Gehäuse 20 für eine pyrotechnische Ladung angeformt.
Der Stützzylinder 4'' wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 4a bis 4d gebildet durch einen einfachen Kolben, mit einem Schaft 40 und einem Kopf 41, an welch letzterem sich die Membran 15 abstützt und welcher in dem durch die Membran 15 verschlossenen Auslass 12 des Speichergasbehälters 1 geführt ist. Der Stützzylinder 4 stützt sich dabei wiederum mit seinem dem Kolbenabschnitt (Kopf 41) abgewandten Ende 40a des Schaftes 40 durch eine Öffnung in der den Käfig 3 bildenden Hülse hindurch an der Außenwand des zylindrischen Widerlagers 5 ab.
Bei einer Zündung der in dem entsprechenden Gehäuse 20 anzuordnenden pyrotechnischen Baugruppe wird das vorliegend durch einen zylindrischen Grundkörper 50' gebildete Widerlager 5 entlang einer Richtung B senkrecht zur Abstützrichtung A des Stützzylinders 4'' in Richtung auf einen Boden 35 des Käfigs 3 verschoben, so dass es den Stützzylinder 4'' nicht mehr abstützt und die Membran 15 unter der Wirkung des Druckes des in dem Speichergasbehälter 1 aufgenommenen Speichergases S zerbirst. Das Speichergas kann dann an den Außenwänden der den Käfig 3 bildenden hohlzylindrischen Hülse vorbei in den Diffusor 18 strömen.
Der den Käfig 3 bildende Innenraum der Hülse steht wiederum über mindestens eine Öffnung 17 mit dem Außenraum (nämlich mit dem Übergangsbereich zwischen Speichergasbehälter 1 und Diffusor 18) in Strömungsverbindung.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind mehrere derartige Öffnungen 17, 17a in der den Käfig 3 bildenden Hülse vorgesehen, wie in den 4b bis 4d anhand der zusätzlich gestrichelt eingezeichneten Öffnungen 17a angedeutet. Hierdurch kann das aus dem Speichergasbehälter austretende Speichergas nicht nur an dem Käfig 3 vorbeigeführt werden (wie in 4d mittels des durchgezogenen Pfeiles angedeutet) sondern es kann auch durch den Käfig 3 hindurchströmen (wie in 4d anhand des gestrichelten Pfeiles angedeutet), wobei das Speichergas jeweils durch mindestens eine der Öffnungen 17, 17a in den Käfig 3 eintritt und durch mindestens eine (in Strömungsrichtung gegenüberliegend angeordnete) weiter Öffnung 17, 17a wieder austritt. Dies führt zu einer Vergrößerung des für das aus dem Speichergasbehälter stammende Speichergas zur Verfügung gestellten Strömungsquerschnittes. Durch Variation der Anzahl sowie der Größe (des Querschnittes) der entsprechenden Öffnungen 17, 17a lässt sich der effektive Strömungsquerschnitt steuern bzw. gezielt auf einen gewünschten Wert einstellen.

Claims

Gasgenerator für ein Airbagmodul mit – einem Speichergasbehälter zur Aufnahme eines Speichergases, – einem Auslass des Speichergasbehälters, der durch eine Bersteinrichtung verschlossen ist, welche unter dem Druck des Speichergases zerbirst, wenn sie nicht zusätzlich abgestützt ist, – einer Stützeinrichtung zum Abstützen der Bersteinrichtung, die ein die Bersteinrichtung abstützendes Stützelement sowie ein Widerlager für die Stützeinrichtung aufweist, und – einer pyrotechnischen Ladung, bei deren Zündung mittels einer Zündeinrichtung Gase freigesetzt werden, mittels derer das Widerlager derart bewegbar ist, dass es das Stützelement freigibt und dieses einer Zerstörung der Bersteinrichtung nicht mehr entgegensteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (5) in einem Käfig (3) geführt ist, so dass es sich unter der Wirkung der bei Zündung der pyrotechnischen Ladung (21) freigesetzten Gase (P) entlang einer durch die mindestens eine Begrenzungswand (30; 31, 32; 33, 34) des Käfigs (3) vorgegebenen Richtung (B) bewegt.
Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (5) zwischen mindestens zwei einander gegenüberliegenden, seitlichen Begrenzungswänden (31, 32; 33, 34) oder zwischen zwei einander gegenüberliegenden Abschnitten einer seitlichen Begrenzungswand (30) des Käfigs (3) geführt ist.
Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Widerlager (5) an mindestens zwei seitlichen Begrenzungswänden (31, 32; 33, 34) abstützt.
Gasgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Widerlager (5) quer zu seiner Führungsrichtung (B) an der mindestens einen seitlichen Begrenzungswand (30; 31, 32; 33, 34) abstützt.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine seitliche Begrenzungswand (30; 31, 32; 33, 34) des Käfigs (3) die Bewegung des Widerlagers (5) quer zu seiner Führungsrichtung (B) begrenzt.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine seitliche Begrenzungswand (30; 31, 32) des Käfigs (3) einer Bewegung des Widerlagers (5) entlang der Abstützrichtung (A) des Stützelementes (4, 4') entgegensteht.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine seitliche Begrenzungswand (30; 33, 34) des Käfigs (3) einer Bewegung des Widerlagers (5) senkrecht zur Abstützrichtung (A) des Stützelementes (4, 4') entgegensteht.
Gasgenerator nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (5) mittels der mindestens einen seitlichen Begrenzungswand (30; 31, 32; 33, 34) entlang einer definierten Raumrichtung (B) beweglich geführt ist und an einer Bewegung senkrecht zu dieser Raumrichtung (B) gehindert ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (3) einen in Führungsrichtung (B) des Widerlagers (5) erstreckten Kanal definiert.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (5) seitliche Führungsflächen (51, 52; 53, 54) aufweist, über die es sich an der mindestens einen seitlichen Begrenzungswand (30; 31, 32; 33, 34) des Käfigs (3) abstützen kann.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasgenerator Abströmöffnungen (19) aufweist, durch die hindurch Gase (S, P) aus dem Gasgenerator ausströmen können.
Gasgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmöffnungen (19) durch die Stützeinrichtung (4, 4', 4'',5) derart verschlossen sind, dass im Gasgenerator freigesetzte Gase (S, P) erst nach einer Bewegung des Widerlagers (5) und/oder des Stützelementes (4, 4', 4'') zu den Abströmöffnungen (19) gelangen können.
Gasgenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmöffnungen (19) zunächst durch das Widerlager (5) verschlossen sind.
Gasgenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmöffnungen (19) zunächst durch das Stützelement (4, 4') verschlossen sind.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (4, 4', 4'') durch einen Stützzylinder gebildet wird.
Gasgenerator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (4, 4', 4'') mittels einer Führung (11, 12) entlang einer Richtung (A) beweglich geführt ist, entlang der es sich von der Bersteinrichtung (15) wegbewegen kann.
Gasgenerator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Stützelement (4, 4', 4'') entlang seiner Abstützrichtung (A) bewegen kann.
Gasgenerator nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung (A) des Stützelementes (4, 4', 4'') senkrecht zur Führungsrichtung (B) des Widerlagers (5) verläuft.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (4) als Doppelkolben ausgebildet ist.
Gasgenerator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (4) hantelartig ausgebildet ist.
Gasgenerator nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Kolbenabschnitte (41, 42) des Stützelementes (4) eine vergrößerte Angriffsfläche (41a) für die beim Zünden der pyrotechnischen Ladung (21) freigesetzten pyrotechnischen Gase (P) aufweist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (4, 4', 4'') abschnittsweise zylindrisch ausgebildet ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Widerlager (5) vor dem Zünden der pyrotechnischen Ladung (21) einerseits an dem Stützelement (4, 4', 4'') und andererseits an einer Begrenzungswand (30, 31) des Käfigs (3) derart abstützt, dass sich das Stützelement (4, 4', 4'') nicht von der Bersteinrichtung (15) wegbewegen kann.
Gasgenerator nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (5) durch die pyrotechnischen Gase (P) senkrecht zur Abstützrichtung (A) des Stützelementes (4) mit diesem außer Eingriff gebracht wird.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Zünden der pyrotechnischen Ladung (21) freigesetzten Gase (P) entlang der Führungsrichtung (B) des Widerlagers (5) in den Käfig (3) strömen.
Gasgenerator nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die freigesetzten pyrotechnischen Gase (P) senkrecht zur Abstützrichtung (A) des Stützelementes (4) in den Käfig (3) strömen.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (4) einen Abschnitt (43) aufweist, der die Bewegung des Widerlagers (5) entlang dessen Führungsrichtung (B) unterstützt, wenn sich das Stützelement (4) von der Bersteinrichtung (15) wegbewegt.
Gasgenerator nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (43) des Stützelementes (4) durch eine Schräge, insbesondere in Form einer Phase, gebildet wird.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (4) eine Durchgangsöffnung (45) aufweist, die an der Bersteinrichtung (15) mündet.