DE19602695C2 - Gasgenerator mit Kühlvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator, der Druckgas zum Aufblasen ei­ nes Luftsacks in einem Airbagsystem erzeugt, mit einer Brennkammer, die im Innern des Gasgenerators durch ein Gehäuseoberteil und ein Gehäuseun­ terteil gebildet ist, mit einer Zündvorrichtung zum Zünden eines in der Brennkammer befindlichen Treibmittels, wobei das aus der Brennkammer über Austrittsöffnungen austretende Druckgas über Strömungsführungs­ räume und Ausströmöffnungen aus dem Gasgenerator in den Luftsack geleitet wird.

Ein derartiges Gasgeneratorgehäuse ist aus der DE-OS 22 36 380 oder der DE 41 35 299 A1 bekannt.

Airbagsysteme werden in Fahrzeugen eingebaut, um im Falle eines Aufprall­ unfalls des Fahrzeugs die kinetische Energie der Fahrzeuginsassen zu redu­ zieren und die Fahrzeuginsassen vor dem Aufprall auf harte Fahrzeuginnen­ teile, wie beispielsweise Lenkrad oder Seitenverkleidungen der Fahrzeugtü­ ren, zu schützen. Wenn eine Sensorik des Airbagsystems einen Aufprallunfall des Fahrzeugs erkennt, wird innerhalb des Gasgenerators ein meist in Ta­ blettenform vorliegender Treibstoff entzündet, der in dem Brennkammer­ gehäuse unter einem hohen Druck abbrennt und so ein Treibgas erzeugt. Dieses Treibgas dient zum Füllen eines Luftsackes, auf den die Fahrzeuginsas­ sen im Falle des Aufprallunfalls des Fahrzeugs auftreffen.

Der aus der DE 41 35 299 A1 bekannte Gasgenerator ist ein sogenannter Rundgasgenerator, bei dem also die axiale Bauhöhe kleiner als der radiale Durchmesser des Gasgenerators ist. Der bekannte Gasgenerator weist ein zweiteiliges Gehäuse auf, dessen beide Gehäuseteile miteinander verschraubt sind. In dem axialsymmetrisch ausgebildeten Gehäuse ist eine Brennkammer vorgesehen, in der sich ein Feststoff-Treibmittel in Tabletten­ form befindet. Im Falle eines Fahrzeugunfalls wird über einen elektrischen Stromimpuls eine Zündeinheit nahe der Brennkammer aktiviert, welche den Treibstoff zündet. Der Treibstoff brennt unter hohem Druck ab, und das so erzeugte Treibgas entweicht über radiale Austrittsöffnungen in einem Brennkammergehäuse nach außen, durchströmt durch Strömungsbleche vorgegebene Strömungsräume, wird in einer Filtereinheit gereinigt und strömt über Auströmöffnungen eines Verkleidungsbleches aus dem Gasge­ nerator in den Luftsack ein.

Die Strömungsbleche bilden dabei einerseits ein Zyklon, welches eine Zwangsführung für das Treibgas in gewünschter Weise herbeiführt, so daß nicht nur eine mehrfache Strömungsumlenkung zum Abkühlen des heißen Treibgases, sondern auch ein Abtrennen von kleinen Partikeln erfolgt. Ande­ rerseits dienen die Strömungsbleche auch dazu, sich gegeneinander beab­ standet für eine ausreichend entspannte Gasströmung in und durch die Fil­ tervorrichtung zu halten. Diese Strömungsbleche müssen vor dem Ver­ schrauben des Gehäuseoberteils mit dem Gehäuseunterteil bereits in ent­ sprechende Aufnahmen in beiden Gehäuseteilen eingebracht sein und wäh­ rend der Verschraubung beider Gehäuseteile in ihrer Lage fixiert und vor ei­ nem Verkanten geschützt werden. Die Montage des Gasgenerators erfolgt daher aufwendig von Hand, oder es sind entsprechend komplizierte Vor­ richtungen für den Zusammenbau des Gasgenerators vorzusehen. Da die Strömungsräume bei dem bekannten Gasgenerator durch mindestens vier Strömungsbleche ausgebildet sind, ist auch die Anzahl der für den Gasgene­ rator benötigten Einzelteile entsprechend hoch. Auch die Ausbildung der speziellen Formen der Strömungsbleche erfordert eine aufwendige Herstel­ lung.

Aus der DE 43 17 727 A1 ist ein Gasgenerator bekannt, der ein im wesentli­ chen topfförmiges, zweiteiliges Gehäuse aufweist. In dem als Brennkammer ausgebildeten Innenraum des Gehäuses ist eine Zündvorrichtung zum Zün­ den einer pyrotechnischen Ladung vorgesehen, deren Verbrennungsgase durch Austrittsöffnungen aus der Brennkammer austreten und über Strö­ mungsräume zum Kühlen des Treibgases zu einer Filtervorrichtung geführt werden, bevor sie aus dem Gasgenerator in den Luftsack einströmen. Dieser bekannte Gasgenerator umfaßt sehr viele Einzelteile und insbesondere sind die Strömungsräume und die Filtereinrichtung außerhalb des eigentlichen Brennkammergehäuses ausgebildet, was zusätzliche Befestigungsteile erfor­ dert.

Auch aus der US 4,561,675 ist ein Gasgenerator bekannt, der ein kompliziert aufgebautes Gehäuse aus Aluminium aufweist, dessen Gehäuseteile aufwen­ dig miteinander verbunden sind. Es ist außerdem bekannt, daß aus Alumini­ um gefertigte Gegenstände nicht hochtemperaturfest sind. Um den oben­ genannten Anforderungen zu genügen, sind Gehäusewände des bekannten Gasgenerators mit einer bestimmten Dicke ausgebildet, so daß das Gehäuse ein relativ hohes Gewicht aufweist. Weiterhin ist von Nachteil, daß das be­ kannte Gehäuse zur Erfüllung der verschiedenen Aufgaben des Gasgenera­ tors in eine Vielzahl von Kammern unterteilt ist, die bereits bei der Ferti­ gung des Gehäuses ausgebildet werden müssen. Folglich ist die Herstellung des bekannten Gasgenerators aufwendig und teuer. Dieser bekannte Gasge­ nerator besteht aus mehreren Gehäuseteilen, deren Verbindungsstellen sorgfältig hergestellt werden müssen. Die Verbindungsstellen beinhalten aber stets eine mögliche Gefahrenquelle für eine Fragmentierung der Ge­ häuseteile. Durch die komplexe Bauweise der Gehäuseteile wird das Fehler­ potential bei der Herstellung des Gehäuses noch weiter zusätzlich erhöht.

Aus der gattungsgemäßen DE-OS 22 36 380 ist ein Gasgenerator bekannt, bei dem in eine Kühlkammer Kühlflüssigkeit eingefüllt wird. Das Einfüllen der Kühlflüssigkeit und das Abdichten des Kühlraumes ist jedoch aufwendig und kostenintensiv.

Aus der DE 24 54 473 B2 ist ein Gasgenerator bekannt, bei dem ein ringförmiger, in einen Raum eingelegter Körper mit einem Pulver, insbesondere pulverförmiges Eisensulfat, gefüllt ist. Beim Ausströmen des Heißgases bricht der Körper auf, und das Eisensulfat soll den Ph-Wert des ausströmenden Gases neutralisieren.

Die DE 41 35 299 A1 zeigt einen Gasgenerator mit einer den Brennraum ringförmig umgebenden Kammer, in der mehrere Strömungsleitbleche unter­ gebracht sind, welche aber in ihrer Herstellung und in ihrer Montage teuer sind. Diese Strömungsleitbleche sollen das heiße Gas umlenken und küh­ len.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gas­ generator der eingangs genannten Art mit einer Kühlvorrichtung weiterzubil­ den, die leicht herzustellen und einfach zu montieren ist sowie eine bessere Handhabung erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 4 gelöst.

Der erfindungsgemäße Gasgenerator hat damit den wesentlichen Vorteil, daß ein Kühlkörper vorhanden ist, der eine nicht formgebundene Gestaltung aufweist und sich somit problemlos in die vorhanden Strömungsräume ein­ setzen läßt. Die Fertigung des Körpers, insbesondere das Befüllen, ist sehr einfach, im Gegensatz zum Befüllen einer Kammer im Gasgenerator. Auch ein Recycling bereits gebrauchter Gasgenerator wird möglich, da der sepa­ rate Kühlkörper einfach aus dem geöffneten Gasgenerator herausgenom­ men werden kann. Die Mischung aus Silikonschaumgummi mit seinen vielen Poren, in denen die Kühlflüssigkeit gespeichert werden kann, und aus einer Lösung, beispielsweise Wasser mit einem Kühlmittel für Temperaturen von -60°C bis 150°C erhöht die Kühlfähigkeit des Kühlkörpers weiter.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Kühlkörper als Kühlbeutel ausgebildet.

Bevorzugt besteht dabei der Kühlbeutel aus einem flüssigkeitsundurchlässi­ gen, nicht hitzebeständigen Material, vorzugsweise aus Aluminium oder Kunststoff. Beispielsweise kann der Kühlbeutel aus einer langlebigen Kunststoffolie, wie sie in der Nahrungsmittelindustrie verwendet wird, oder aus einer Aluminiumfolie bestehen, die jeweils im Unterdruck luftdicht ver­ schweißt ist. Das aus der Brennkammer austretende heiße Treibgas durch­ brennt die aus dem nicht hitzebeständigen Material bestehende Hülle und trifft auf das Silikonschaumgummi, wodurch die Kühlflüssigkeit verdampft wird und sich das heiße Treibgas dadurch weiter abkühlt.

Die obengenannte erfindungsgemäße Aufgabe wird nach einem zweiten As­ pekt der Erfindung auch dadurch gelöst, daß in einem Strömungsraum eine Wendelfeder als Kühlkörper angeordnet ist, die an Innenwänden des Strö­ mungsraumes anliegt. Das aus der Brennkammer austretende, heiße Treib­ gas trifft auf die beweglichen Wicklungen der Wendelfeder und wird da­ durch abgelenkt, aufgefangen und gekühlt, so daß Schäden am Gasgenera­ tor verhindert werden.

Der erste und der zweite Aspekt der Erfindung können jeweils für sich oder auch gemeinsam bei einem erfindungsgemäßen Gasgenerator verwirklicht sein.

Vorzugsweise besteht die Wendelfeder aus einem hitzebeständigen Stahl.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Strömungsraum als ein ringförmig um die Brennkammer herum angeordneter Strömungs­ raum ausgebildet. Dies führt zu einer gleichmäßigen Verteilung des zu küh­ lenden Treibgases im gesamten Strömungsraum, so daß das Treibgas mit i. w. gleicher Temperatur aus allen Ausströmöffnungen des Gasgenerators ausströmt.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn auch der Kühlkörper einstückig und ringförmig ausgebildet ist. Dies vereinfacht die Montage und die Anzahl der Komponenten weiter. Außerdem ist gewährleistet, daß, wenn sich der Kühl­ körper an einer Stelle öffnet, beispielsweise das Kühlmittel sich innerhalb des gesamten Strömungsraumes gleichmäßig verteilt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kühlkörper mit einem Klemmring beaufschlagt, der die Steifigkeit des Kühlkörpers schützt bzw. unterstützt und den Kühlkörper in seiner Lage im Strömungsraum fixiert. Der Kühlkörper kann dann beispielsweise aus einer Aluminiumfolie bzw. aus einem weichen, undurchlässigen Material hergestellt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zwischen dem Kühl­ körper und der Ausströmöffnung eine oder mehrere Sieb- und Filtervorrich­ tungen angeordnet. Diese Sieb- und Filtervorrichtungen verhindern, daß während des Abbrandes des Treibstoffes in der Brennkammer entstehende Partikel aus dem Gasgenerator heraus in den Luftsack gelangen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzäh­ lung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt stark schematisierte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Gegen­ standes und ist nicht notwendigerweise maßstäblich zu verstehen.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsquerschnitt durch einen erfindungsgemäßen Gasgenera­ tor, wobei die beiden Hälften des Gasgenerators jeweils einen Aspekt der Erfindung darstellen.

In der Fig. 1 ist ein Gasgenerator 10 dargestellt, dessen Gehäuse 11 im we­ sentlichen aus einem Gehäuseoberteil 12 und einem Gehäuseunterteil 13 be­ steht. Diese beiden Gehäuseteile 12, 13 sind miteinander verschraubt und bilden in ihrem Innern eine Brennkammer 14 aus, in der sich ein Feststoff- Treibstoff 15 in Tablettenform befindet. Mit der Brennkammer 14 ist eine in der Mitte des Gehäuseoberteils 12 untergebrachte Zündeinheit 16 über Zündöffnungen 17 verbunden. Innerhalb der Brennkammer 14 befindet sich außerdem ein Füllelement 18, das den freien Raum in der Brennkammer 14 ausfüllt, so daß die Treibstofftabletten 15 nicht rasseln oder klappern kön­ nen. Die Brennkammer 14 ist über Austrittsöffnungen 19 mit einem ring­ förmigen Strömungsraum 20 verbunden. Vor den Austrittsöffnungen 19 ist ein Filter- und Wärmeverdämmungseinsatz 21 angeordnet. Der ringförmige Strömungsraum 20 ist über Ausströmöffnungen 22 im Gehäuse 11 des Gas­ generators 10 mit einem Luftsack (nicht gezeigt) verbunden. Vor diesen Aus­ strömöffnungen 22 ist ein Filtersieb 23 angeordnet.

Die in Fig. 1 dargestellte rechte Hälfte des Gasgenerators 10 zeigt einen er­ sten Aspekt der Erfindung. Bei diesem ist in dem ringförmigen Strömungs­ raum 20 ein ebenfalls ringförmiger Kühlbeutel 30 angeordnet, der flüssig­ keitsundurchlässig ist und eine Mischung aus Silikonschaumgummi 31 und einer Flüssigkeitslösung enthält. Das Silikonschaumgummi 31 hat viele Po­ ren, in denen die Flüssigkeit gespeichert werden kann. Die Mischung aus dem Silikonschaumgummi 31 und der Lösung, beispielsweise Wasser mit ei­ nem Kühlmittel für Temperaturen von -60°C bis 150°C, ist in dem Kühlbeutel 30 im Unterdruckverfahren luftdicht verschweißt. Als Material für den Kühl­ beutel 30 kann z. B. eine langlebige KunststoffFolie, wie sie in der Nahrungs­ mittelindustrie verwendet wird, oder eine Aluminium-Folie verwendet wer­ den. Der Kühlkörper 30 ist innerhalb des ringförmigen Strömungsraumes 20 mittels eines Klemmrings 32 positioniert bzw. mit geringem Druck beauf­ schlagt, wobei ein Untersieb 33 und ein Haltestück 34 zwischen dem Kühl­ beutel 30 und dem Klemmring 32 angeordnet sind.

Wenn eine in der Figur nicht gezeigte Sensorik des Airbagsystems einen Fahrzeugunfall mit einem harten Aufprall des Fahrzeugs erkennt, wird die Zündeinheit 16 aktiviert, so daß sich das Treibmittel 15 innerhalb der Brenn­ kammer 14 entzündet und abbrennen kann. Durch den Abbrand des Treib­ mittels 15 entsteht ein Treibgas, das durch den Filter- und Wärmeverdäm­ mungseinsatz 21 gefiltert und durch die Austrittsöffnungen 19 in den Strö­ mungsraum 20 eintritt.

Das aus der Brennkammer 14 entweichende heiße Treibgas wird dabei einer­ seits durch den Filtereinsatz 21 und andererseits an den Wänden des Strö­ mungsraumes 20 abgekühlt. Durch diesen Abkühlprozeß und die verringerte Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Strömungsraums 20 gehen heiße Partikel innerhalb des Treibstoffgases von einem gasförmigen in einen fe­ sten Aggregatzustand über und kondensieren an den Innenwänden des Strömungsraumes 20.

Wenn das heiße Treibgas über die Austrittsöffnungen 19 in den ringförmi­ gen Strömungsraum 20 eintritt, trifft es auf den nicht hitzebeständigen Kühlbeutel 30, so daß dieser sich öffnet bzw. aufplatzt oder verbrennt. Das heiße Treibgas trifft auf das Silikonschaumgummi 31 und die darin enthalte­ ne Kühlflüssigkeit. Diese Kühlflüssigkeit wird durch das heiße Treibgas ver­ dampft, wodurch sich dessen Temperatur verringert. Das abgekühlte Treib­ gas tritt durch das Untersieb 33 und durch den Filtersieb 23 zu den Aus­ strömöffnungen 22 aus dem Gasgenerator 10 aus.

In der linken Hälfte der Fig. 1 ist ein zweiter Aspekt der Erfindung gezeigt, bei dem innerhalb des ringförmigen Strömungsraumes 20 eine Wendelfeder 40 angeordnet ist. Die Schraubenfeder 40 liegt dabei an den Innenwänden des ringförmigen Strömungsraumes 20 an, wobei sie über einen Klemmring 42 in ihrer Lage innerhalb des Strömungsraumes 20 fixiert ist. Zwischen der Wendelfeder 40 und dem Klemmring 42 sind ein Untersieb 43 und ein Halte­ stück 44 vorgesehen.

Wenn das über die Austrittsöffnungen 19 aus der Brennkammer 14 austre­ tende Treibgas in den ringförmigen Strömungsraum 20 eintritt, trifft es auf die beweglichen Wicklungen der Wendelfeder 40, so daß es dadurch abge­ lenkt und aufgefangen wird. Auf diese Weise kühlt sich das Treibgas zumin­ dest soweit ab, daß keine Schäden am Gehäuse 11 des Gasgenerators 10 ent­ stehen und ein unkontrollierter Austritt des Treibgases z. B. über Durch­ brandlöcher aus dem Gasgenerator 10 ausgeschlossen ist.

Claims (9)

1. Gasgenerator (10), der Druckgas zum Aufblasen eines Luftsackes in einem Airbagsystem erzeugt, mit einer Brennkammer (14), die im Innern des Gasgenerators (10) durch ein Gehäuseoberteil (12) und ein Gehäuseunterteil (13) gebildet ist, mit einer Zündvorrichtung (16) zum Zünden eines in der Brennkammer (14) befindlichen Treibmittels (15), wobei das aus der Brennkammer (14) über Austrittsöffnungen (19) aus­ tretende Druckgas über Strömungsführungsräume und Ausströmöffnungen (22) aus dem Gasgenerator (10) in den Luftsack geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Strömungsraum (20) ein fluiddichter Kühl­ körper (30) angeordnet ist, der mit einer Kühlflüssigkeit und mit Silikonschaumgummi (31) gefüllt ist.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (30) als Kühlbeutel ausgebildet ist.

3. Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlbeutel (30) aus einem flüssigkeitsundurchlässigen, nicht hitzebe­ ständigen Material, vorzugsweise aus Aluminium oder Kunststoff besteht.

4. Gasgenerator (10), der Druckgas zum Aufblasen eines Luftsackes in einem Airbagsystem erzeugt, mit einer Brennkammer (14), die im Innern des Gasgenerators (10) durch ein Gehäuseoberteil (12) und ein Gehäuseunterteil (13) gebildet ist, mit einer Zündvorrichtung (16) zum Zünden eines in der Brennkammer (14) befindlichen Treibmittels (15), wobei das aus der Brennkammer (14) über Austrittsöffnungen (19) aus­ tretende Druckgas über Strömungsführungsräume und Ausströmöffnungen (22) aus dem Gasgenerator (10) in den Luftsack geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Strömungsraum (20) eine Wendelfeder (40) als Kühlkörper angeordnet ist, die an Innenwänden des Strömungsraumes (20) anliegt.

5. Gasgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelfeder (40) aus einem hitzebeständigen Stahl besteht.

6. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsraum (20) als ein ringförmig um die Brennkammer (14) herum angeordneter Strömungsraum (20) ausgebildet ist.

7. Gasgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (30, 40) einstückig und ringförmig ausgebildet ist.

8. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (30, 40) mit einem Klemmring (32, 42) beaufschlagt ist.

9. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kühlkörper (30, 40) und der Ausström­ öffnung (22) eine oder mehrere Sieb- und Filtervorrichtungen (23; 33, 43) angeordnet sind.