DE19631314A1 - Hybrid-Gasgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Gasgenerator, der eine anzündbare gaserzeugende Feststoffladung sowie eine ein Gas enthaltende Speicherkammer enthält.

Aus EP 0 616 578 B1 ist ein Hybrid-Gasgenerator für Airbags bekannt, der in einer Brennkammer eine anzünd­ bare Feststoffladung und in einer Speicherkammer ein unter Druck stehendes Gas enthält. Beim Auslösen des Gasgenerators zündet ein Anzündelement die Feststoff­ ladung. Durch die entstehenden Brenngase wird ein hoh­ ler Kolben angetrieben, der ein die Speicherkammer ver­ schließendes Schließelement durchstößt, wodurch das in der Speicherkammer enthaltene unter Druck stehende Gas zum Auslaß ausströmen kann. Ferner strömen die von der Feststoffladung erzeugten Brenngase in die Speicherkam­ mer ein, wo sie sich mit dem Druckgas vermischen. Beim Zerstören des Schließelementes strömt zunächst kaltes Druckgas zum Auslaß. Dadurch wird verhindert, daß die heißen Brenngase zuerst in den Airbag gelangen. An­ schließend strömt ein Gemisch aus Kaltgas und Brenngas in den Airbag ein. Die Funktionsweise des bekannten Gasgenerators hängt wesentlich von der Art der Zerstö­ rung des Schließelements ab. Wenn diese Zerstörung un­ vollständig ist, wird der Weg von der Speicherkammer zum Auslaß durch Reste des Schließelements teilweise versperrt. Ferner wird der Strömungsquerschnitt dieses Weges durch den vorgeschobenen Kolben reduziert.

Ferner ist aus EP 0 669 231 A2 ein Hybrid-Gasgenerator bekannt, bei dem zwischen einer die Feststoffladung enthaltenden Brennkammer und einer ein Druckgas enthal­ tenden Speicherkammer eine Mischkammer angeordnet ist. Die Brennkammer und die Speicherkammer sind durch Dichtscheiben abgedichtet, welche durch die Brenngase der Feststoffladung zerstört werden. Hierbei dringen das Brenngas und das Kaltgas aus entgegengesetzten Richtungen in die Mischkammer ein, wodurch das Ausströ­ men behindert wird. Ferner tritt zuerst das schadstoff­ beladene heiße Brenngas aus, weil die Dichtscheibe der Brennkammer als erste zerstört wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hybrid- Gasgenerator zu schaffen, der ein reproduzierbares und sicheres Gasaustrittsverhalten aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerator wird beim Abbrennen der gaserzeugenden Feststoffladung ein Kolben bewegt, der dabei einen Durchlaß freigibt, der von der Brennkammer unmittelbar in eine Mischkammer mündet. Ferner zerstört der Kolben bei seiner Bewegung ein Schließelement, das in einem Sitz befestigt ist, in den der Kolben passend eindringt. Dies bedeutet, daß der Kolben den Sitz ausfüllt, so daß keine Nebenwege am Kolben vorbei vorhanden sind. Der Kolben enthält einen Kanal, der nach dem Zerstören des Schließelements die Speicherkammer mit der Mischkammer verbindet. Dadurch wird insgesamt erreicht, daß die Brennkammer und die Speicherkammer auf getrennten Wegen mit der Mischkammer verbunden werden, so daß die in die Mischkammer eintre­ tenden Strömungen sich nicht gegenseitig behindern.

Vorzugsweise ist der von der Brennkammer in die Misch­ kammer führende Durchlaß in Form mindestens einer Öff­ nung ausgebildet, die in der den Kolben führenden Brennkammerwand angeordnet ist. Hierbei ergibt sich eine vom Kolbenweg abhängige Steuerung des Öffnungsver­ haltens des Durchlasses. Alternativ hierzu kann der Durchlaß von einem durch den Kolben hindurchgehenden weiteren Kanal gebildet werden, der ein durch die ab­ brennende Feststoffladung zerstörbares weiteres Schließelement enthält oder auf seinem Weg ein solches Schließelement öffnet.

Die Mischkammer umgibt die Speicherkammer, wobei die in die Mischkammer einströmenden Gase die Mischkammer axi­ al durchströmen und gründlich durchmischt werden, bevor sie den Auslaß des Gasgenerators erreichen.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausfüh­ rungsform des Gasgenerators im nicht-ausgelö­ sten Zustand,

Fig. 2 den Gasgenerator nach Fig. 1 im ausgelösten Zustand,

Fig. 3 und 4 eine zweite Ausführungsform des Gasgenerators,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform,

Fig. 6 und 7 eine vierte Ausführungsform,

Fig. 8 eine fünfte Ausführungsform und

Fig. 9 eine sechste Ausführungsform der Erfindung.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Gasgenerator ist eine Brennkammer 10 vorgesehen, die eine anzündbare Feststoffladung 11 enthält. In die Feststoffladung 11 ist ein Anzündelement 12 eingesetzt, das beispielsweise elektrisch gezündet werden kann, um die Feststoffladung anzuzünden.

Die Brennkammer 10 ist von einer zylindrischen Brenn­ kammerwand 13 umgeben und enthält einen Kolben 14, der axial zur Brennkammer 10 bewegbar ist und den Quer­ schnitt der Brennkammer vollständig ausfüllt. Die Brennkammerwand 13 bildet einen Zylinder zur Führung des Kolbens 14, wobei der Kolben 14 an der Brennkammer­ wand 13 im wesentlichen abdichtend anliegt.

In axialer Verlängerung der Brennkammer 10 ist eine Speicherkammer 15 angeordnet, die ein unter Druck ste­ hendes Speichergas oder ein Flüssiggas enthält. Die Speicherkammer 15 ist von einem Speicherbehälter 16 umschlossen, der nach Art einer langgestreckten Dose ausgebildet ist und an einer Stirnseite eine Öffnung 17 aufweist. Diese Öffnung ist von einem zerstörbaren Schließelement 18 verschlossen. Das Schließelement 18 besteht beispielsweise aus einer Membran oder einer Metallplatte, die eine Sollbruchlinie aufweist. Das Schließelement 18 verschließt die Speicherkammer 15 druckdicht.

Die Brennkammer 10 und die Speicherkammer 15, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, sind von einer Mischkammer 19 umgeben, die die beiden Kam­ mern koaxial umschließt und von einer umlaufenden Ge­ häusewand 20 begrenzt wird. Die Mischkammer ist an dem­ jenigen Ende, das der Brennkammer 10 abgewandt ist, mit radialen Auslaßöffnungen 21 versehen, durch die das Gasgemisch aus dem Gasgenerator ausströmen kann, um einen Luftsack aufzublasen.

Der Kolben 14 weist einen in Richtung auf die Speicher­ kammer 15 abstehenden Ansatz 14a auf, der nach dem Zer­ stören des Schließelements 18 passend in die Öffnung 17 eintauchen kann. Die Öffnung 17 bildet somit einen Sitz 22, der durch den Ansatz 14a des Kolbens 14 dicht ver­ schlossen werden kann.

In der Brennkammerwand 13 befindet sich mindestens eine Öffnung 23, die die Brennkammer 10 mit der Mischkammer 19 verbindet und von dem in der Rückzugsposition be­ findlichen Kolben 14 verschlossen ist. Beim Vorschieben des Kolbens 14 wird die Öffnung 23 freigelegt, so daß Gas aus der Brennkammer 10 in die Mischkammer 19 ein­ strömen kann.

Der Kolben 14 enthält ferner einen Kanal 24, der von der Stirnfläche des Ansatzes 14a abgeht und zur Um­ fangsfläche des Kolbens führt. Dieser winkelförmige Kanal 24 wird in der Rückzugsstellung des Kolbens 14 (Fig. 1) durch die Brennkammerwand 13 verschlossen und er steht in der Vorschubstellung des Kolbens (Fig. 2) mit einer Öffnung 25 der Brennkammerwand 13 in Verbin­ dung, um die Speicherkammer 15 mit der Mischkammer 19 zu verbinden. Der Durchlaß 23 und die Öffnung 25 befin­ den sich an entgegengesetzten Stellen der Brennkammer­ wand 13, so daß die aus der Brennkammer 10 austretenden Heißgase und das aus der Speicherkammer 15 austretende kalte Gas zunächst an unterschiedlichen Stellen in die Mischkammer 19 eingeleitet werden und sich dann während des axialen Durchlaufes durch die Mischkammer mitein­ ander mischen.

Im Ruhezustand gemäß Fig. 1 befindet sich der Kolben 14 in der Rückzugsposition in Anlage an der Feststoffla­ dung 11, wobei der Durchlaß 23 verschlossen wird und der Ansatz 14a einen axialen Abstand von dem Schließ­ element 18 hat. Hierbei ist der Durchlaß 23 durch die Umfangsfläche des Kolbens verschlossen und der Kanal 24 des Kolbens 14 ist durch die Brennkammerwand 13 ver­ schlossen. Nach dem Zünden wird durch die sich entwickelnden Brenngase der Kolben 14 vorgetrieben, wobei sein Ansatz 14a das Schließelement 18 zerstört bzw. aufdrückt und gleichzeitig den Sitz 17 ausfüllt. In dieser vorderen Endstellung gemäß Fig. 2 wird der Kol­ ben 14 gegen Zurückweichen arretiert. Der Kolben 14 gibt nunmehr den Durchlaß 23 frei und sein Kanal 24 befindet sich in Ausrichtung mit der Öffnung 25.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß anstelle der Öffnung 25 ein einziger Durchlaß 23a vor­ gesehen ist, der in der Arbeitsstellung des Kolbens 14 sowohl die Brennkammer 10 als auch die Speicherkammer 15 mit der Mischkammer 19 verbindet. Der Kolben 14 wird in seiner Endstellung nicht arretiert und kann daher durch den Druck der Speicherkammer 15 zurückgedrückt werden. In der vorderen Endstellung des Kolbens 14 (Fig. 3) wird der Kanal 24 durch den Durchlaß 23a ge­ drosselt, so daß der Anteil der heißen Brenngase zu­ nächst relativ groß ist, während der Anteil des kalten Speichergases gering ist. Bei Nachlassen des Druckes in der Brennkammer 10 wird unter dem Druck des Speicherga­ ses der Kolben 14 zurückgeschoben, wobei sich der An­ teil des in die Mischkammer strömenden Speichergases erhöht, während sich der Anteil der Brenngase verrin­ gert. Auf diese Weise erfolgt ein druckabhängiges Ent­ leeren der Speicherkammer 15.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 3 und 4 dadurch, daß die Rück­ bewegung des Kolbens durch die Kraft einer Feder 26 verzögert wird. Diese Feder 26 ist in der Brennkammer 11 angeordnet und wirkt auf die Druckseite des Kolbens 14 ein.

Wenn dagegen die Rückbewegung des Kolbens 14 verzögert werden soll, kann in der den Ansatz 14a umgebenden Kam­ mer 27 eine Feder vorgesehen sein. Diese Feder kann als mechanische Feder oder auch als Gasdruckfeder ausgebil­ det sein. Wird eine derartige Feder nicht gewünscht, kann der Raum 27 durch eine (nicht dargestellte) Ent­ lüftungsbohrung mit der Umgebung verbunden sein.

Ferner ist gemäß Fig. 5 am Auslaß der Mischkammer 19 ein Filter 28 angeordnet, das die in den Brenngasen enthaltenen Feststoffbestandteile zurückhält. Derartige Filter können auch bei allen anderen Ausführungsbei­ spielen vorgesehen sein.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 6 entspricht im we­ sentlichen demjenigen der Fig. 1 und 2, wobei jedoch anstelle des Durchlasses 23 ein axial durch den Kolben 14 hindurchgehender weiterer Kanal 30 vorgesehen ist, der brennkammerseitig durch ein weiteres Schließelement 31 verschlossen ist. Nach dem Zünden wird der Kolben 14 unter dem Druck der Brenngase vorgeschoben und unter Zerstörung des Schließelements 18 in den Sitz 22 ge­ drückt (Fig. 7). Der ansteigende Druck in der Brenn­ kammer 10 öffnet danach auch das weitere Schließelement 31. Durch den dann offenen Kanal 30 strömt Brenngas zunächst in die Speicherkammer 15 und dann zusammen mit dem kalten Speichergas durch den Kanal 24 und die Öff­ nung 25 in die Mischkammer 19.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8 ist ebenfalls zusätzlich zu dem Kanal 24 ein weiterer Kanal 30 vorge­ sehen, der geradlinig durch den Kolben 14 hindurchgeht. Dieser Kanal 30 verläuft durch einen separaten Ansatz 14b des Kolbens hindurch. Der Ansatz 14b hat eine Län­ ge, die kürzer ist als diejenige des Ansatzes 14a. Der Ansatz 14a füllt den Sitz 22 in der Stirnwand der Spei­ cherkammer 15 aus, wenn der Kolben sich im vorgeschobe­ nen Zustand befindet. Der Ansatz 14b dringt in einen eigenen Sitz 22a in der Stirnwand der Speicherkammer 15 ein. Hier ist ein (nicht dargestelltes) eigenes Schließelement vorgesehen, das durch den Ansatz 14b zerstört wird. Der Kolben 14 öffnet mit seinem längeren Ansatz 14a zuerst das eine Schließelement und dann mit seinem Ansatz 14b das weitere Schließelement der Spei­ cherkammer. Dadurch strömt zuerst kaltes Speichergas durch den Kanal 24 in die Mischkammer 19 und erst da­ nach strömt heißes Brenngas durch den Durchlaß 30 in die Speicherkammer 15.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 9 entspricht weitge­ hend demjenigen von Fig. 8, wobei jedoch beide Kanäle 24,30 durch einen gemeinsamen Ansatz 14a des Kolbens 14 hindurchgehen. Der Kanal 30 ist durch ein Schließele­ ment 31 verschlossen, bei welchem es sich um eine Mem­ bran handelt, die durch den Gasdruck der Brennkammer 10, bzw. durch den Überdruck in der Brennkammer 10 ge­ genüber der Speicherkammer 15, geöffnet wird. Auch hier strömt das Brenngas zuerst in die Speicherkammer 15 und von dieser dann in die Mischkammer 19.

Claims (12)

1. Hybrid-Gasgenerator mit einer in einer Brennkammer (10) enthaltenen anzündbaren gaserzeugenden Fest­ stoffladung (11), einer ein Gas enthaltenden Spei­ cherkammer (15), die mit einem Schließelement (18) verschlossen ist, und einem die Brennkammer (10) begrenzenden Kolben (14), der unter dem Gasdruck der abbrennenden Feststoffladung (11) das Schließ­ element (18) öffnet und einen Durchlaß (23) frei­ gibt, der die Brennkammer (10) mit einer Mischkam­ mer (19) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließelement (18) einen Sitz (22) ver­ sperrt, in den ein Ansatz (14a) des Kolbens (14) passend eindringt, und daß der Kolben (14) einen Kanal (24) enthält, der nach dem Öffnen des Schließelements (18) die Speicherkammer (15) mit der Mischkammer (19) verbindet.

2. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchlaß (23) in der den Kolben (14) führenden Brennkammerwand (13) ange­ ordnet ist.

3. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) in sei­ ner vorderen Endstellung arretiert wird.

4. Hybrid-Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vorschieben des Kolbens (14) die Brennkammer (10) und die Spei­ cherkammer (15) jeweils durch voneinander getrenn­ te Öffnungen (23,25) mit der Mischkammer (19) ver­ bunden werden.

5. Hybrid Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vorschieben des Kolbens die Brennkammer (10) und die Speicherkam­ mer (15) durch eine gemeinsame Öffnung (23a) in der Brennkammerwand (13) mit der Mischkammer (19) verbunden werden.

6. Hybrid-Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) nach Eindringen in den Sitz (22) unter dem nachlassen­ den Druck des Brenngases eine Rückbewegung durch­ führt.

7. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine die Rückbewegung des Kol­ bens (14) beschleunigende oder verlangsamende Fe­ dervorrichtung (26) vorgesehen ist.

8. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kolben (14) einen axial durchgehenden weiteren Kanal (30) enthält, der den Durchlaß bildet.

9. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der weitere Kanal (30) durch einen separaten Ansatz (14b) des Kolbens (14) führt, der ein weiteres Schließelement der Spei­ cherkammer (15) erst nach dem Öffnen des ersten Schließelements (18) öffnet.

10. Hybrid-Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (19) um die Speicherkammer (15) herum angeordnet ist.

11. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mischkammer (19) sich über die gesamte Länge der Speicherkammer (15) er­ streckt, wobei ihr Auslaß (21) an dem dem Einlaß abgewandten Ende vorgesehen ist.

12. Hybrid-Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß am Auslaß (21) der Mischkammer ein Filter (28) vorgesehen ist.