DE19702259C1 - Gasgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator für die Erzeugung von Gas zum Aufblasen eines Luftsacks in einem Airbagsystem, mit mindestens einer Ab­ strömöffnung, aus der ein unter Druck stehen des Gas aus einer Kammer des Gasgenerators oder ein mittels Treibstoff erzeugtes Gas aus einer Brennkam­ mer des Gasgenerators ausströmen kann, und mit einem dieses Ausströmen des Gases steuernden Steuerelement.

Ein derartiger Gasgenerator ist durch die US 4,021,058 bekannt geworden.

Airbagsysteme werden in Fahrzeugen eingebaut, um im Falle eines Aufprallunfalls 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 einem Brennkam­ mergehäuse unter hohem Druck abbrennt und so ein Treibgas erzeugt. Die­ ses Treibgas dient zum Füllen eines Luftsackes, auf den die Fahrzeuginsassen im Falle des Aufprallunfalls des Fahrzeugs auftreffen.

Bei Hybrid-Gasgeneratoren strömt das Treibgas aus der Brennkammer aus und mischt sich mit einem inerten Vorratsgas, so daß innerhalb der soge­ nannten Druckkammer z. B. ein hoher Druck entsteht, der eine Berstvorrich­ tung zum Zerbrechen bringt. Diese Gasmischung kann dann aus dem Gasge­ nerator durch Abströmöffnungen ausströmen und den Luftsack aufblasen.

Bei dem aus der US 4,021,058 bekannten Kaltgasgenerator schließt sich in Ausströmrichtung des Gases nach einer Berstmembran eine Kammer in Form eines Rohrstücks an, in dessen Umfang mehrere radiale Abströmöff­ nungen mit kleinerem und größerem Durchmesser vorgesehen sind. Die größeren Öffnungen sind axial von der Berstmembran weiter beabstandet und zunächst durch eine axial verschiebbare Auffanghülse verschlossen. Bruchstücke der geborstenen Berstmembran sammeln sich in dieser Auf­ fanghülse, während das Gas zunächst nur aus den kleineren Abströmöffnun­ gen aus dem Rohrstück ausströmen kann. Erst wenn der innerhalb des Rohr­ stücks herrschende Druck ausreicht, die Auffanghülse gegen die Kraft einer Feder zu verschieben, werden auch die größeren Öffnungen freigegeben, und die aus dem Rohrstück strömende Gasmenge erhöht sich entspre­ chend. Der Ausströmverlauf ist durch die Abströmmöffnungen und die Fe­ derkraft vorgegeben, und daher lassen sich z. B. Aufblasgeschwindigkeit und Aufblasdruck nicht individuell während des Ausströmvorgangs auf den je­ weiligen Fahrzeuginsassen und den jeweiligen Unfallverlauf abstimmen.

Weiterhin sind System bekannt, die versuchen, den Aufblasvorgang abhän­ gig von den jeweiligen Anforderungen zu steuern. Hierbei handelt es sich z. B. um zwei getrennte Gasgeneratoren, die beide zum Füllen eines Luft­ sacks verwendet werden können. Diese Gasgeneratoren leiten mit ihren un­ terschiedlichen Parametern verschieden starke Aufblasvorgänge ein. Beide Gasgeneratoren können durch eine gemeinsame Steuerelektronik gezündet werden, die je nach Unfallschwere oder Gewicht des Insassen darüber ent­ scheidet, ob nur der kleine Gasgenerator oder nur der große Gasgenerator oder beide gleichzeitig gezündet werden. Dadurch wird ein Airbag entwe­ der nur langsam und mit geringem Druck oder etwas schneller mit mittle­ rem Druck oder sehr schnell mit hohem Druck aufgeblasen. Ein solches Sy­ stem bietet mit seinen zwei Stufen nur eine geringe Steuermöglichkeit.

Aus der EP 0 455 435 A2 ist ein mehrstufiger Gasgenerator bekannt, bei dem im Falle eines Fahrzeugunfalls eine Trennwand eines Gasvorratsbehälters zerstört wird, um das innerhalb des Vorratsbehälters befindliche Gas in ei­ nen Luftsack ausströmen zu lassen. Die Zerstörung der Trennwand und die dadurch erfolgte Freigabe einer Ausströmöffnung werden durch eine mit Hilfe von Sensoren gesteuerte elektrische Zündvorrichtung bewirkt. Um weiteres Gas zum Aufblasen des Luftsacks nach liefern zu können, erfolgt ei­ ne zweite zeitlich verzögerte Gasentwicklung durch das Entzünden einer Treibstoffladung. Nachteilig mußten bei diesem Gasgenerator eine separate elektrische Zündeinrichtung zum Aufbrechen der Trennwand vorgesehen werden, da eine Zerstörung der Trennwand nicht durch den innerhalb des Gasvorratsbehälters herrschenden Gasinnendrucks erfolgen kann. Somit ist ein zusätzliches Bauteil nötig, das die Bauweise des bekannten Gasgenera­ tors aufwendig und kompliziert gestaltet und seine Fertigung verteuert.

Aus der DE 195 196 78 A1 ist weiterhin ein Gasgenerator bekannt, bei dem das Ausströmen des Gases stufenlos reguliert werden kann. Dazu kann eine bewegliche steuerbare Ab­ deckung mit Hilfe eines Magneten und einer Feder so positioniert werden, daß die Abströmöffnungen beliebig, d. h. den Anforderungen entspre­ chend, mehr oder weniger abgedeckt werden. Dadurch lassen sich Airbagsy­ steme zum einen temperaturunabhängig ansteuern, und es können Aufblas­ geschwindigkeit und Aufblasdruck bei einem Unfall den Gegebenheiten an­ gepaßt und sogar während des Unfallverlaufs verändert werden. Allerdings ergeben sich durch die Verwendung von Magneten eine hohe elektrische Leistungsaufnahme und relativ lange Ansprechzeiten bzw. -intervalle.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Gasgenera­ tor der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Steuerung des ausströmenden Gases aus dem Gasgenerator in Abhängigkeit von äuße­ ren Parametern und insbesondere von Parametern des Insassen (Größe und Gewicht) möglichst einfach und mit kurzen Ansprechzeiten erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Steuerele­ ment über ein piezoelektrisches Element betätigbar ist, dessen piezoelektri­ sche Auslenkung auf das Steuerelement mittels eines Verstärkungsmechanis­ mus übertragen wird.

Dieser erfindungsgemäße Gasgenerator hat damit den wesentlichen Vorteil, daß der ausströmende Gasstrom in Abhängigkeit von äußeren Parametern wie z. B. Unfallschwere und -hergang, Umweltbedingungen (Außentempera­ tur) und in Abhängigkeit der Größe und des Gewichts des Insassen entspre­ chend eingestellt werden kann. Aufgrund der stufenlosen piezoelektrischen Auslenkung und der kurzen Ansprechzeiten eines solchen piezoelektrischen Elements können Aufblasgeschwindigkeit und Aufblasdruck noch während des Unfallverlaufs bzw. des Aufblasvorgangs verändert und optimiert wer­ den. Mit Hilfe des piezoelektrischen Elements kann die zum Betätigen des Steuerelements erforderliche elektrische Leistung gesenkt werden und die erforderlichen Ansprechzeiten verkürzt werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Verstärkungsme­ chanismus durch eine Hebelanordnung mit entsprechender Hebelüberset­ zung gebildet. Über diese Hebelanordnung kann die Auslenkung des piezo­ elektrischen Elements auf das Steuerelement übertragen werden, um so das Ausströmen des Druckgases zu beeinflussen.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Hebelanordnung durch zwei drehbar gelagerte, zweiarmige Hebel gebil­ det, die einenends miteinander gekoppelt und andernends mit dem piezo­ elektrischen Element bzw. mit dem Steuerelement in Verbindung stehen.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Verstärkungsme­ chanismus als hydraulischer Wegverstärker ausgebildet. Die piezoelektrische Auslenkung wird mit Hilfe eines Hydraulikfluids in eine entsprechende Be­ wegung des Steuerelements umgesetzt, wobei sich durch entsprechende Wahl der mit dem Hydraulikfluid zusammenwirkenden Flächen die ge­ wünschte Verstärkung der piezoelektrischen Auslenkung einstellen läßt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Verstärkungsme­ chanismus durch die Formgebung und die Befestigung des piezoelektri­ schen Elements gebildet.

So kann z. B. in einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform das piezoelektrische Element ein Piezobiegebalken sein, über dessen Länge bzw. Hebelarm die für das Steuerelement erforderliche Wegverstärkung ein­ gestellt werden kann.

Um eine möglichst große piezoelektrische Auslenkung zu erzielen, ist in be­ vorzugten Ausführungsformen das piezoelektrische Element ein aus mehre­ ren Einzelelementen zusammengesetzter Piezostapel.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Steuerelement in eine die mindestens eine Abströmöffnung freigebende Stellung beauf­ schlagt, damit z. B. bei einem Stromausfall die mindestens eine Abströmöff­ nung immer freigegeben ist und das Druckgas aus dem Gasgenerator aus­ strömen kann.

Dies kann besonders einfach dadurch erreicht werden, daß das Steuerele­ ment durch ein Federelement, insbesondere durch eine Zug- oder Druckfe­ der, beaufschlagt ist.

Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Steuerele­ ment eine verschiebbare Hülse, durch deren Verschiebung die mindestens eine Abströmöffnung freigebbar oder verschließbar ist. Eine derartige Hülse kann sich in Ausströmrichtung vor und/oder hinter der Abströmöffnung be­ finden und insbesondere in einem Ringspalt, der innenhalb des Gasgenera­ tors leicht ausgebildet werden kann, verschiebbar geführt sein.

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.

Es zeigen:

Fig. 1 in einem Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gasgene­ rators im Bereich von Ausströmöffnungen;

Fig. 2 in einer der Fig. 1 entsprechenden Ansicht ein zweites Ausführungs­ beispiel; und

Fig. 3 in einer ebenfalls der Fig. 1 entsprechenden Ansicht ein drittes Aus­ führungsbeispiel.

Der in Fig. 1 mit 1 bezeichnete Gasgenerator weist eine Kammer 2 auf, in die ein Druckgas über eine Einströmöffnung 3 in Einströmrichtung 4 einströmt. Dieses Druckgas kann z. B. in einer Brennkammer (nicht dargestellt) erzeugt sein oder aus einem ebenfalls nicht dargestellten Druckgasbehälter in die Kammer 2 einströmen.

Aus dieser Kammer 2 kann das Druckgas über Abströmöffnungen 5 in Ab­ strömrichtung 6 ausströmen. Um diesen Abströmvorgang zu steuern, ist an der Außenwand 7 des Gasgenerators 1 ein im Ausführungsbeispiel als Hülse ausgestaltetes Steuerelement 8 vorgesehen. Dieses Steuerelement 8 ist in Pfeilrichtung 9 in die Kammer 2 so weit hinein verschiebbar, daß nur die ei­ ne (linke) oder auch beide Abströmöffnungen 5 verdeckt bzw. verschlossen sind. Wie durch die Strichstärke der beiden Pfeile in Abströmrichtung 6 angedeutet ist, kann so die Ausströmmenge des aus der Kammer 2 ausströmen den Druckgases über das Steuerelement 8 eingestellt bzw. gesteuert werden.

Nach Fig. 1 erfolgt diese Steuerung des Steuerelements 8 über ein piezoelek­ trisches Element 11, dessen piezoelektrische Auslenkung über einen Verstär­ kungsmechanismus 13 in Form einer Hebelanordnung auf das Steuerele­ ment 8 in einer Nebenkammer 10 übertragen wird. Diese Hebelanordnung ist durch zwei jeweils über Gelenke 14a und 15a gelagerte zweiarmige Hebel 14, 15 gebildet. Diese beiden Hebel 14, 15 sind einenends über einen Verbin­ dungsbalken 16 miteinander gekoppeit, während sie andernends mit dem piezoelektrischen Element 11 bzw. mit dem Steuerelement 8 in Verbindung stehen. Das piezoelektrische Element 11 ist ein aus mehreren piezoelektrischen Einzelelementen 12 zusammengesetzter Piezostapel. Die Hülse bzw. das Steuerelement 8 ist mittels eines an einer Zwischenwand 18 abgestütz­ ten Federelements 17 in Form einer Zugfeder in Richtung auf eine die bei­ den Abströmöffnungen 5 freigebende Stellung beaufschlagt. Über eine ent­ sprechende elektrische Ansteuerung kann die Auslenkung des piezoelektri­ schen Elements 11 mit sehr kurzen Ansprechzeiten und damit auch die aus der Kammer 2 ausströmende Gasmenge mit Hilfe des Steuerelements 8 ge­ steuert werden.

In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die piezoelek­ trische Auslenkung eines aus mehreren Einzelelementen 22 bestehenden piezoelektrischen Elements 21 mit Hilfe eines hydraulischen Verstärkungs­ mechanismus auf das ebenfalls als Hülse ausgestaltete Steuerelement 8′ übertragen wird. Das in einer Nebenkammer 20 befindliche piezoelektrische Element 21 ist über eine Kolbenfläche 24 abgeschlossen, die auf ein im Frei­ raum 23 und 25 vorhandenes Hydraulikfluid wirkt. Über einen Ringspalt 26 wird die axiale Auslenkung des piezoelektrischen Elements 21 in axiale Rich­ tung auf eine Kolbenstange 28 übertragen, die mit dem Steuerelement 8′ in Verbindung steht. Damit sich das Steuerelement 8′ z. B. bei Stromausfall selbsttätig wieder in seine die Abströmöffnungen 5 freigebende Stellung bewegt, ist das Steuerelement 8 in diese Stellung mit Hilfe eines Federele­ ments (Zugfeder) 27 beaufschlagt.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Steuerelement (Hülse) 8′′ mit Hilfe eines in einer Nebenkammer 30 angeordneten piezoelektrischen Elements 31 in Form eines Biegebalkens verschiebbar ist. Dieser pie­ zoelektrische Biegebalken ist an der Außenwand 7 des Gasgenerators nahe dessen axialer Symmetrieachse 32 angeordnet, so daß sich ein großer Hebel­ arm ergibt. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden die Formgebung und die Befestigung des piezoelektrischen Elements 31 den erforderlichen Verstär­ kungsmechanismus 33.

Claims (10)

1. Gasgenerator (1) für die Erzeugung von Gas zum Aufblasen eines Luftsacks in einem Airbagsystem, mit mindestens einer Abströmöffnung (5), aus der ein unter Druck stehendes Gas aus einer Kammer (2) des Gasgenerators (1) oder ein mittels Treibstoff erzeugtes Gas aus einer Brennkammer des Gasge­ nerators (1) ausströmen kann, und mit einem dieses Ausströmen des Gases steuernden Steuerelement (8; 8′; 8′′), dadurch gekennzeichnet, daß das Steu­ erelement (8; 8′ 8′′) über ein piezoelektrisches Element (11; 21; 31) betätig­ bar ist, dessen piezoelektrische Auslenkung auf das Steuerelement (8; 8′; 8′′) mittels eines Verstärkungsmechanismus (13; 33) übertragen wird.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstär­ kungsmechanismus (13) durch eine Hebelanordnung mit entsprechender Hebelübersetzung gebildet ist.

3. Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel­ anordnung durch zwei drehbar gelagerte, zweiarmige Hebel (14, 15) gebil­ det ist, die einenends miteinander gekoppelt und anderenends mit dem piezoelektrischen Element (11) bzw. mit dem Steuerelement (8) in Verbin­ dung stehen.

4. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstär­ kungsmechanismus als hydraulischer Wegverstärker ausgebildet ist.

5. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstär­ kungsmechanismus (33) durch die Formgebung und die Befestigung des pie­ zoelektrischen Elements (31) gebildet ist.

6. Gasgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das piezo­ elektrische Element (31) ein Piezobiegebalken ist.

7. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (11; 21) ein aus mehreren Einzelelementen (12; 22) zusammengesetzter Piezostapel ist.

8. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuerelement (8; 8′; 8′′) in eine die mindestens eine Abströmöffnung (5) freigebende Stellung beaufschlagt ist.

9. Gasgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer­ element (8; 8′; 8′′) durch ein Federelement (17; 27) beaufschlagt ist.

10. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Steuerelement (8; 8′; 8′′) eine verschiebbare Hülse ist, durch deren Verschiebung die mindestens eine Abströmöffnung (5) freigeb­ bar oder verschließbar ist.