DE19708980A1 - Druckbehälter zum Aufblasen von Airbags - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter zum Aufblasen von Airbags mit einer Füllung aus unter Druck stehendem Gas mit einer mit einem Verschluß versehe­ nen Ausströmöffnung, die in eine mit Abströmöffnungen versehene Kammer mündet, und mit einer durch ein Crashsignal zündbaren Ladung, die den Ver­ schluß öffnet.

Es sind Druckbehälter zum Aufblasen von Airbags bekannt, deren Verschluß auf­ grund des Crashsignals durch eine Öffnungseinrichtung geöffnet wird, so daß das unter Druck stehende Gas aus der Ausströmöffnung ausströmt. Das unter Druck stehende Gas erfährt bei seinem Ausströmen eine Entspannung, die zu einer starken Kühlung führt. Dieser Kühleffekt ist unerwünscht.

Als Gaserzeuger zum Aufblasen von Airbags sind auch reine pyrotechnische Ga­ serzeuger bekannt, die jedoch wegen der explosionsartigen Verbrennung der py­ rotechnischen Mischung gefährlich sind und in nachteiliger Weise Verbrennungs­ gase hoher Temperaturen erzeugen.

Es sind weiterhin Hybrid-Gasgeneratoren bekannt, bei denen nach der Initiierung durch ein Crashsignal das aus dem Druckbehälter ausströmende Gas durch eine eine pyrotechnische Mischung enthaltende Verbrennungskammer strömt, wobei die Verbrennungsgase durch das aus dem Druckbehälter ausströmende Gas ge­ kühlt werden. Bei diesen Hybrid-Gasgeneratoren besteht jedoch die Gefahr, daß die aus einem Pulver bestehende pyrotechnische Mischung durch das Druckgas in unerwünschter Weise mitgerissen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Druckbehälter der eingangs angegebe­ nen Art zu schaffen, bei dem das aus dem Druckbehälter ausströmende Gas eine eine pyrotechnische Mischung enthaltende Kammer durchströmt, ohne daß deren Bestandteile durch den Gasstrom mitgerissen werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Druckbehälter der eingangs an­ gegebenen Art dadurch gelöst, daß in der Kammer eine aus einem Feststoff be­ stehende Mischung aus einem Brennstoff mit einem Oxidationsmittel angeordnet ist, die durch eine Zündeinrichtung oder eine pyrotechnische Ladung gezündet wird, und daß das Druckgas Sauerstoff (O₂) oder ein Sauerstoff abgebendes Gas enthält.

Bei dem erfindungsgemäßen Druckbehälter kühlt das ausströmende Gas die in der Kammer durch Verbrennung der aus einem Feststoff bestehenden Mischung erzeugten Verbrennungsgase, so daß einerseits eine unerwünschte Abkühlung des ausströmenden Druckgases und andererseits eine Kühlung der Verbren­ nungsgase erfolgt und zum Aufblasen der Airbags ein kontrolliert zuströmendes Gas mit zulässigen Temperaturen zur Verfügung steht. Weiterhin ist dadurch, daß das Druckgas Sauerstoff enthält, sichergestellt, daß eine vollständige oder mög­ lichst vollständige Verbrennung erreicht wird.

Zweckmäßigerweise besitzt die aus Feststoff bestehende Mischung die Form ei­ nes Rohrabschnitts, in dessen Bohrung die Ausströmöffnung mündet und der vor den Abströmöffnungen endet. Bei dieser Ausführungsform tritt das aus dem Druckbehälter ausströmende Gas durch einen Ring aus Feststoff, so daß eine kontrollierte Verbrennung, Strömung und gute Durchmischung der Gase erreicht wird.

Die aus Feststoff bestehende Mischung kann eine Auskleidung der Kammer bil­ den.

Zweckmäßigerweise enthält die aus Feststoff bestehende Mischung HTPB (Hydroxyl Terminated Polybutadiene) oder CA (Cellulose Acetat) als Brennstoff und Bindemittel.

Das Oxidationsmittel der Feststoffmischung kann Ammoniumperchlorat (NH₄ClO₄) sein.

Als Oxidationsmittel der Feststoffmischung kann auch Oxynitrotriazole (C₂H₂N₄O₃), Sodiumnitrat (NaNO₃), Sodiumperchlorat (NaClO₄), Kaliumnitrat (KNO₃), Kaliumperchlorat (KClO₄), ADN (Adenointriphosphat), RDX (Cyclotrimethylentrinitramin) oder HMX (Cyclotetramethylentetranitramin) verwen­ det werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Druckgas Sau­ erstoff (O₂) enthält. Der Sauerstoffbestandteil führt zu einer Nachverbrennung der Verbrennungsgase, so daß Kohlenstoffmonoxid in den Verbrennungsgasen weit­ gehend vermieden wird.

Das Druckgas kann aus einer Mischung von Argon (Ar), Helium (He) und Sauer­ stoff (O₂) bestehen.

Zweckmäßigerweise enthält das Druckgas ein brennbares Gas, beispielsweise Wasserstoff (H₂), Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆) oder Propan (C₃H₈).

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Verschluß aus der Stirnfläche eines in der rohrabschnittsförmigen Kammer axial verschieblichen Hohlkolbens besteht, in dem die mit einem Zünder versehene pyrotechnische La­ dung angeordnet ist und der mit radialen, in den diesen umgebenden Ringraum mündenden Bohrungen und in Form eines Stufenkolbens mit einem die radialen Abströmöffnungen der Kammer verschließenden, an den Kammerwandungen an­ liegenden und über eine Ringstufe verbreiterten Kolbenteil versehen ist, und daß der Stufenkolben durch Halte- oder Abscherelemente in seiner die Ausström- und Abströmöffnungen verschließenden Stellung gehalten ist. Die Halte- oder Absche­ relemente sind so ausgelegt, daß sie dem auf die Stirnfläche des Stufenkolbens wirkenden Druck des Druckgases Stand zu halten vermögen. Wird aufgrund eines Crashsignals die pyrotechnische Ladung entzündet, strömen die Verbrennungs­ gase durch die radialen Bohrungen des Hohlkolbens in den diesen umgebenden Ringraum, in dem sodann die Feststoffmischung gezündet wird, so daß ein zu­ sätzlicher Druck auf die Ringstufe des Stufenkolbens wirkt, der dann zu einem Lösen der Halteelemente oder Abscheren der Abscherelemente führt und der Stufenkolben aus seiner Verschlußstellung in seine Öffnungsstellung bewegt wird, in der das Druckgas durch die Brennkammer zu den Ausströmöffnungen strömt.

Der nach der bevorzugten Ausführungsform vorgesehene Kolben stellt sicher, daß nach der Zündung des aus einem Festkörper bestehenden Brennstoffs die Aus­ strömöffnungen sicher geöffnet werden.

Das Abscherelement kann aus einem Abscherring bestehen.

Die Stirnfläche des Kolbens kann mit einer die Ausströmöffnung verschließenden Dichtungsscheibe verbunden sein. Das Gas kann in dem Druckbehälter unter ei­ nem Druck von etwa 200 bar stehen. Das Druckgas beaufschlagt die Stirnfläche des Kolbens. Ein Teil des auf den Kolben wirkenden Drucks kann aber auch von der Dichtungsscheibe aufgenommen werden, so daß der Kolben von dem Innen­ druck des Behälters entlastet wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

In dieser zeigt

Fig. 1 einen Druckbehälter mit Brenn- und Ausströmkammer mit ver­ schlossenen Ausström- und Abströmöffnungen im Längsschnitt,

Fig. 2 den Druckbehälter gemäß Fig. 1 nach Zündung der pyrotechni­ schen Ladung und der dadurch bedingten Öffnung der Ausström- und Abströmöffnungen und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den unteren Bereich einer anderen Ausführungsform eines Druckbehälters mit Brenn- und Ausström­ kammer.

Der Druckbehälter 1 besteht aus einer an seiner Oberseite mit einem Schraub­ stutzen 2 versehenen Druckflasche 1 aus Stahl. Der den Schraubstutzen 2 enthal­ tende Boden 3 der Druckflasche 1 ist mit einer der Befüllung dienenden Bohrung versehen, die durch einen Schraubstopfen 4 verschlossen ist. Die Druckflasche 1 weist an ihrer dem Boden 3 gegenüberliegenden Seite eine kreisrunde Öffnung auf, in die eine im wesentlichen zylindrische Kammer 5 eingeschweißt ist. Die Kammer 5 ragt mit ihrem oberen mit einer Deckwandung 6 versehenen Ende in das Innere der Druckflasche 1. Die Deckwandung 6 ist mit einer eine Ausström­ öffnung bildenden zentralen Bohrung 7 versehen.

In dem zylindrischen Innenraum der Kammer 5 ist ein Stufenkolben axialver­ schieblich geführt, der aus einem oberen langgestreckten Abschnitt 8 mit kleine­ rem Durchmesser und einen über eine Ringstufe 9 an diesem anschließenden Abschnitt 10 mit größerem Durchmesser besteht, der dem Innendurchmesser der Kammer 5 entspricht, so daß dieser gleitend an der Innenwand der Kammer 5 geführt ist. Der Stufenkolben 8, 10 ist als Hohlkolben ausgeführt. In der den Hohl­ raum bildenden Bohrung ist über einen Haltering 11 eine mit einem elektrischen Zünder versehene pyrotechnische Ladung 12 gehaltert. Das Zündkabel 13 ist durch Bohrungen des eingeschraubten Bodens 14 der Kammer 5 und eines unte­ ren den Kolbenabschnitt 10 verbreiternden Kolbenabschnitts 15 hindurchgeführt. Zwischen den Kolbenabschnitten 10 und 15 ist eine Ringnut 16 gebildet, in die ein Abscherring 17 eingelegt ist, der in der dargestellten Weise in eine Ringnut der Innenwandung der Kammer 5 greift. In der aus Fig. 1 ersichtlichen Bereitschafts­ stellung hält der Abscherring 17 die obere Stirnfläche des Kolbenabschnitts 8 in Anlage an die Ausströmöffnung 7, wobei zwischen der Stirnfläche des Kolbens und dem Rand der Öffnung 7 eine Dichtungsscheibe 18 angeordnet ist.

Der obere Abschnitt 8 des Stufenkolbens ist mit radialen Bohrungen 19 versehen, die in den Ringraum zwischen dem Kolbenabschnitt 8 und der Wandung der Kammer 5 münden. Der den Abschnitt 8 des Stufenkolbens umgebende Abschnitt der Innenwandung der Kammer 5 ist mit einem Mantel aus einem Feststoff 20 ausgekleidet, der aus einer Mischung aus einem Brennstoff mit einem Oxidati­ onsmittel besteht. Zwischen dem Feststoffmantel 20 und dem Abschnitt 8 des Stufenkolbens ist ein freibleibender Ringraum 21 gebildet, in dem sich nach der Zündung der pyrotechnischen Ladung 12 ein den Abscherring 17 abscherender Druck aufbauen kann. Dieser Druck kann beispielsweise 50 bis 100 bar betragen, während das Gas in der Flasche 1 unter einem Druck von etwa 200 bar steht.

Der Mantel des Abschnitts 10 des Stufenkolbens verschließt in der aus Fig. 1 er­ sichtlichen Bereitschaftsstellung radiale Bohrungen 22 der Kammer 5, die die Ab­ strömöffnungen für das Gas bilden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird nach der Zündung der pyrotechnischen Ladung 12 der Stufenkolben nach unten bewegt, so daß das in der Flasche 1 gespeicher­ te Druckgas über die Ausströmöffnung 7 in die Kammer 5 eintreten und aus die­ ser durch die Bohrungen 22 wieder austreten kann. In der Kammer 5 mischt sich das Druckgas mit den durch die Verbrennung des Feststoffs 20 erzeugten Ver­ brennungsgasen.

Der Feststoff 20 kann aus HTPB beispielsweise mit der Formel C₁₀H_15,7140 O₀, 1310 O_0,1200, bestehen. HTPB wirkt als Bindemittel. Wird ein anderer Brennstoff verwendet, kann ein besonderes Bindemittel vorgesehen werden.

Der Feststoff 20 kann beispielsweise aus 20% HTPB und 80% NTD oder aus 20 HTPB und 80% AP (Ammoniumperklorat) bestehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist in die kreisrunde Öffnung der Druck­ flasche 1 eine im wesentlichen zylindrische Kammer 31 eingeschweißt, die mit ihrem oberen mit einer Deckwandung 32 versehenen Ende in das Innere der Druckflasche 1 ragt. Die Deckwandung 32 ist mit einer eine Ausströmöffnung bil­ denden zentralen Bohrung 33 versehen. In die Bohrung ist eine hutförmige Dich­ tungsscheibe 34 eingesetzt, die sich mit ihrem flanschförmigen Rand auf dem Rand der Bohrung 33 abstützt.

Anschließend an die Öffnung 33 ist die innere Wandung der zylindrischen Kam­ mer 31 mit einem Mantel aus einem Feststoff 20 ausgekleidet, der ebenfalls aus einer Mischung aus einem Brennstoff mit einem Oxidationsmittel besteht.

Unterhalb des Feststoffmantels 20 ist die durch einen Boden geschlossene zylin­ drische Kammer 31 mit radialen Bohrungen 35 versehen, die die Abströmöffnun­ gen für das Gas bilden. Die Bohrungen 35 sind durch Dichtungsscheiben 36 ge­ schlossen, die unter dem Druck des sich in der Kammer 31 bildenden Gases durchbrochen werden.

Der in die Kammer 30 ragende Teil der hutförmigen Dichtung 34 ist von einem elektrischen Heizdraht 37 eingefaßt, der bei Auftreten eines Crash-Signals mit Strom beaufschlagt wird, so daß er die Dichtung schlagartig aufschmilzt und den Feststoff 20 zündet.

Claims (16)

1. Druckbehälter (1) zum Aufblasen von Airbags mit einer Füllung aus unter Druck stehendem Gas
mit einer mit einem Verschluß versehenen Ausströmöffnung (7), die in eine mit mindestens einer Abströmöffnung (22) versehene Kammer (5) mündet, und
mit einer mit einem Crashsignal aktivierbaren Anordnung (12, 8, 10), die den Verschluß öffnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Kammer (5) ein (steifer) Festkörper (20) angeordnet ist, der aus einer Feststoffmischung von Brennstoff und Oxidationsmittel besteht, der durch die Anordnung (12) gezündet wird und daß das Druckgas Sauerstoff (O₂) oder ein Sauerstoff abgebendes Gas enthält.

2. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fest­ körper (20) einen Rohrabschnitt besitzt, in dessen Bohrung die Ausström­ öffnung (7) mündet und der vor der/den Abströmöffnungen (22) endet.

3. Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper (20) eine Auskleidung der Kammer (5) bildet.

4. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffmischung HTPB als Brennstoff enthält.

5. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel Ammoniumperchlorat ist.

6. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas Sauerstoff (O₂) enthält.

7. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas aus einer Mischung aus Argon (Ar), Helium (He) und Sauerstoff (O₂) besteht.

8. Druckbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Druck­ gas 20% Sauerstoff und 5% Helium enthält.

9. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas ein brennbares Gas, beispielsweise Wasserstoff (H₂) oder Propan (C₃H₈) enthält.

10. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel Oxynitrotriazol (C₂H₂N₄O₃) ist.

11. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Verschluß aus der Stirnfläche eines in der rohrabschnittsförmi­ gen Kammer (5) axial verschieblichen Hohlkolbens besteht, in dem die mit einem Zünder versehene pyrotechnische Ladung (12) angeordnet ist, der mit radialen, in den diese umgebenden Ringraum (21) mündenden Bohrun­ gen (19) und in Form eines Stufenkolbens mit einem die radialen Ab­ strömöffnungen (22) der Kammer (5) verschließenden, an den Kammer­ wandungen anliegenden und über eine Ringstufe (9) verbreiterten Kolben­ teil (10) versehen ist, und daß der Stufenkolben (8, 10) durch Halte- oder Abscherelemente in seiner die Ausström- und Abströmöffnungen verschlie­ ßenden Stellung gehalten ist.

12. Druckbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab­ scherelement aus einem Abscherring (17) besteht.

13. Druckbehälter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Kolbens (8) mit einer die Ausströmöffnung (7) verschlie­ ßenden Dichtungsscheibe (18) verbunden ist.

14. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Verschluß aus einer Dichtscheibe (34) besteht, die bei Auftre­ ten des Crashsignals durch einen elektrischen Heizdraht (37) aufgeschmol­ zen wird.

15. Druckbehälter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht (37) die Feststoffmischung (20) zündet.

16. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abströmöffnungen (35) durch Dichtungen (36) geschlossen sind, die nach dem Zünden der Feststoffmischung (20) durch den Gas­ druck durchbrochen werden.