DE19723257A1 - Hybrid-Gasgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Gasgenerator, insbesondere für Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme, mit einem Gehäuse, wenigstens einer mit Treibstoff gefüllten Brennkammer und wenigstens einer mit Druckgas gefüllten Druckkammer, wobei Brennkammer und Druckkammer über Durch­ strömöffnungen in einer inneren Wandung miteinander verbunden sind.

Bei Hybrid-Gasgeneratoren sollte eine möglichst gleichmäßige Ver­ mischung der heißen Gase, die beim Abbrand des Treibstoffs erzeugt werden, und der kalten Druckgase entstehen. Diese möglichst gleichmäßige Vermischung der Gase dient einerseits einer möglichst gleichmäßigen Temperatur des austretenden Gasgemisches und andererseits dazu, daß die heißen Gase bei der Vermischung möglichst vollständig nachverbrennen. Bei den meisten bislang verwendeten Hybrid-Gasgeneratoren kommt es nämlich zu einer chemischen Reaktion zwischen den heißen, beim Abbrand des Treibstoffs erzeugten Gase und des Druckgases. Zur gleichmäßigen Verteilung sind bislang Durchströmöffnungen in einer inneren Wandung im Gehäuse, die die Brennkammer von der an sie angrenzenden Druckkammer trennt, vorgesehen.

Die Erfindung schafft einen Hybrid-Gasgenerator, bei dem eine noch gleichmäßigere Vermischung der Gase erfolgt. Dies wird bei einem Hybrid- Gasgenerator der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß an der die Druckkammer und die Brennkammer voneinander trennenden inneren Wandung wenigstens ein Teil im Bereich der Durchströmöffnungen befestigt ist, das bei Abbrand des Treibstoffs erzeugtes Gas durch sich hindurchströmen läßt und es dabei gleichmäßig verteilt in die Druckkammer entläßt. Bei Verwendung eines separaten Teils ist es möglich, dieses auf einfache Weise, auf die optimale Strömungsverteilung hin ausgerichtet, zu fertigen. Bei den bisher verwendeten Gasgeneratoren war aufgrund der schlechten Zugänglichkeit der sehr nahe an der Bodenwand des Gehäuses liegenden Durchströmöffnungen keine Optimierung der Durchströmöffnungen auf bestmögliche Strömungsverteilung hin bei vertretbarem Kostenaufwand zu erreichen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Gemäß einer Ausführungsform weist das Teil Strömungsleitbleche auf, auf die Gasströme aus der Brennkammer treffen und unter Bildung von Wirbeln durch die Strömungsleitbleche schräg gerichtet in die Druck­ kammer eintreten. Durch Einstellen des Winkels der Strömungsleitbleche lassen sich die gewünschten Strömungsverläufe in der Druckkammer sehr leicht vorbestimmen.

Das Teil ist vorzugsweise ein an einem zylindrischen Abschnitt der inneren Wandung befestigter Ring. Der Ring kann Lappen aufweisen, die jeweils Durchströmöffnungen zugeordnet sind und die die Strömungsleit­ bleche bilden. Eine einfache Möglichkeit, diese Lappen auszubilden, ist es, sie aus dem Ring zu stanzen und nach außen zu biegen.

Wenn die Lappen einen spitzen Winkel mit der an sie angrenzenden Ringaußenoberfläche einschließen, ergibt sich eine in Umfangsrichtung verlaufende, aus Einzelströmen zusammengesetzte Gesamtströmung der heißen Gase in der Druckkammer. Der Weg der heißen Gase in der Druckkammer ist beim erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerator sehr lang, wodurch auch die Verweilzeit der heißen Gase in der Druckkammer sehr lang ist und die Vermischung und Nachverbrennung verbessert wird.

Zusätzlich oder auch alternativ kann das Teil eine Strömungsaus­ gleichskammer zwischen der Druck- und der Brennkammer bilden. In die Strömungsausgleichskammer eintretende Gasströme werden darin verteilt und treten anschließend in die Druckkammer ein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerators,

Fig. 2 eine Detailansicht, die nur die innere Wandung mit dem daran befestigten Teil zur Strömungsverteilung zeigt,

Fig. 3 eine Seitenansicht des als Ring ausgebildeten Teiles zur Strömungsverteilung,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht durch den in Fig. 3 gezeigten Ring, und

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Ring.

In Fig. 1 ist ein Hybrid-Ringgasgenerator für ein Fahrzeuginsassen- Rückhaltesystem, genauer gesagt zum Aufblasen eines Fahrer-Gassacks gezeigt. Das Gehäuse des Gasgenerators weist eine äußere Wandung 3 und eine radial von dieser beabstandete innere Wandung 5 auf. Zwischen den Wandungen ist eine ringförmig verlaufende Druckkammer 7 gebildet, die mit Druckgas gefüllt ist. Die innere Wandung 5 trennt die Druckkammer 7 von einem radial inneren Raum, der in einzelne Kammern unterteilt ist. Eine obere, an eine Ausströmöffnung 9 angrenzende Mischkammer 11 wird durch einen Zwischenboden 13 von zwei unteren Kammern getrennt, nämlich einer radial inneren Expansionskammer 15, in die ein Zünder 17 ragt, und einer radial äußeren ringförmigen Brennkammer 19. Die Brennkammer 19 ist mit Treibstoff in Form von Tabletten gefüllt. Die Brennkammer 19 und die Expansionskammer 15 sind durch einen kappenartigen Diffusor, im folgenden Zünderdiffusor 21 genannt, voneinander getrennt. Da keine der Kammern im Inneren des Gehäuses vollständig abgeschlossen ist, herrscht in jeder Kammer derselbe Druck. Mehrere Öffnungen 23 im Zünderdiffusor 21, mehrere, am Umfang gleichmäßig verteilte Durchströmöffnungen 25 in der inneren Wandung 5, eine zentrale axiale Öffnung 27 im Zwischenboden sowie zwei diametral gegenüberliegende, obere Öffnungen 29 in der inneren Wandung 5 dienen dem Druckausgleich und natürlich dazu, daß das erzeugte Gas im Rückhaltefall gezielt bis zur Austrittsöffnung 9 gelangt.

Der Zünder 17 ist gas- und druckdicht an einem Verschlußteil 31 in Form einer scheibenförmigen Bodenplatte befestigt und bildet mit dieser eine vormontierte Einheit. Die gas- und druckdichte Verbindung wird dadurch erreicht, daß eine Zünderkappe 33 aus Metall, welche die Primär- und die Sekundärladung des Zünders umgibt, vorzugsweise durch Laserschweißen am Verschlußteil befestigt ist. Eine entsprechende Schweißnaht ist mit 35 gekennzeichnet. Das Verschlußteil 31 dient zum gas- und druckdichten Verschließen einer Befüllöffnung 37. Über die Befüllöffnung 37 wird Treibstoff in die Brennkammer 19 gefüllt. Anschließend wird das Verschlußteil 31 auf die Befüllöffnung 37 gesetzt und am Gehäuse verschweißt. Schließlich wird über eine gegenüberliegende Befüllöffnung für Gas, die in Fig. 1 bereits durch einen Verschluß in Form eines Diffusors 41 mit daran befestigter Berstscheibe 43 verschlossen gezeigt ist, Druckgas eingefüllt, der Diffusor 41 aufgesetzt und ebenfalls am Gehäuse verschweißt.

Auf der Außenseite der inneren Wandung 5 ist ein Teil in Form eines Ringes 45 durch Pressen oder Schweißen befestigt. Dieser Ring 45 dient dazu, die über die Durchströmöffnungen 25 aus der Brennkammer 19 austretenden Gasströme möglichst gleichmäßig in der Druckkammer 7 zu verteilen. Der Ring 45 hat einen U-förmigen Querschnitt (vgl. Fig. 4) mit zwei gegenüberliegenden radialen Abschnitten 47, die nach außen umgebogene freie Ränder aufweisen, mit denen der Ring 45 an der Außenoberfläche der inneren Wandung 5 anliegt. Dadurch ergibt sich eine Strömungsausgleichskammer 51 im Inneren des Ringes, in die das heiße Gas einströmen können, und in der sich die Gasströme verteilen. Der Ring 45 weist zahlreiche Öffnungen an seinem Mantel 49 auf, die durch Stanzen von Lappen 53 (vgl. Fig. 3) und Nachaußenbiegen der Lappen 53 ent­ stehen, wobei die Lappen 53 um maximal 15° nach außen gebogen sind. Wie insbesondere auch Fig. 5 zu entnehmen ist, sind die Lappen 53 gegenüber der angrenzenden Außenoberfläche des Ringes 45 nur geringfügig nach außen gebogen. Die Lappen 53 dienen als Strömungsleitbleche, auf die die Gasströme aus der Brennkammer 19 auftreffen und unter Bildung von Wirbeln schräg gerichtet in die Druckkammer 7 eintreten. Damit ergibt sich eine in Umfangsrichtung verlaufende Strömung der heißen Gase in der Druckkammer 7, die wendelförmig vom Bereich des Bodens bis in den Bereich der oberen Stirnwand des Gehäuses verläuft.

Die gleichmäßige Verteilung der Gase in der Druckkammer 7 erfolgt also durch zwei Effekte, die durch den Ring 45 erreicht werden, nämlich einerseits einen Druckausgleich sowie eine Expansion und Strömungsver­ teilung innerhalb der Strömungsausgleichskammer 51 und andererseits durch die zahlreichen schräg gerichteten, aus der Strömungsausgleichs­ kammer 51 austretenden Einzelströme.

Im folgenden wird der Ablauf im Inneren des gezeigten Hybrid-Gas­ generators nochmals näher erläutert.

Bei einem Unfall aktiviert eine nicht gezeigte Auslösesensorik der Zünder 17, so daß die Primär- und die Sekundärladung abbrennen und Gas sowie heiße Partikel erzeugen. Die Zündkappe 33 ist so ausgebildet, daß sich ihre Stirnwand, die der Berstscheibe 43 zugewandt ist, zuerst öffnet und die Gase und Partikel mit großer Geschwindigkeit, begleitet von einer Druckwelle, in die Expansionskammer 15 eintreten und sich darin gleichmäßig verteilen. Ein Teil der Druckwelle, der heißen Gase und Partikel trifft, durch die Öffnung 27 hindurchtretend, unmittelbar auf die Berstscheibe 43 auf und führt zu deren sofortiger Zerstörung. Der andere Teil der heißen Gase und Partikel gelangt über die Öffnungen 23 in die Brennkammer 19, wo diese zur Zündung des Treibstoffs führen. Die beim Abbrennen des Treibstoffs erzeugten Gase wiederum strömen durch die Durchströmöffnungen 25 in die Strömungsausgleichskammer 51 und von da, gleichmäßig verteilt, in die Druckkammer 7. Das heiße Gas vermischt sich mit dem kalten Druckgas und verbrennt dabei nach. Über die Öffnungen 29 strömen das Druckgas sowie das heiße Gas in die Mischkammer 11, ebenso wie das heiße, über die Expansionskammer 15 in die Mischkammer 11 gelangende Gas, das beim Abbrennen des Treibstoffs entsteht. Auch in der Mischkammer 11 reagieren die Gase chemisch miteinander. Die Gase verlassen schließlich über den Diffusor 41 das Gehäuse.

Claims (10)

1. Hybrid-Gasgenerator, insbesondere für Fahrzeuginsassen-Rück­ haltesysteme, mit einem Gehäuse, wenigstens einer mit Treibstoff gefüllten Brennkammer (19) und wenigstens einer mit Druckgas gefüllten Druckkammer (7), wobei Brennkammer (19) und Druckkammer (7) über Durchströmöffnungen (25) in einer inneren Wandung (5) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der die Druckkammer (7) und die Brennkammer (19) voneinander trennenden inneren Wandung (5) wenigstens ein Teil im Bereich der Durchströmöffnungen (25) befestigt ist, das bei Abbrand des Treibstoffs erzeugtes Gas durch sich hindurchströmen läßt und es gleichmäßig verteilt in die Druckkammer (7) entläßt.

2. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil Strömungsleitbleche aufweist, auf die Gasströme aus der Brenn­ kammer (19) auftreffen und durch die Strömungsleitbleche schräg gerich­ tet in die Druckkammer (7) eintreten.

3. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Teil ein an einem zylindrischen Abschnitt der inneren Wandung (5) befestigter Ring (45) ist.

4. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (45) den Durchströmöffnungen (25) zugeordnete, von ihm abstehende Lappen (51) aufweist, die die Strömungsleitbleche bilden.

5. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lappen (53) gestanzte und nach außen gebogene Abschnitte des Ringes (45) sind.

6. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lappen (51) einen spitzen Winkel mit der angrenzenden Ringaußenoberfläche einschließen.

7. Hybrid-Gasgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil eine Strömungsausgleichskammer (51) zwischen der Druck- und der Brennkammer (7 bzw. 19) bildet, durch die die in sie eintretenden Gasströme gleichmäßig verteilt in die Druckkammer (7) eintreten.

8. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil ringförmig ausgebildet ist und ein offenes Querschnittsprofil hat, mit radial in Richtung innerer Wandung (5) gerichteten, radialen Abschnitten (47), die an der inneren Wandung (5) anliegen.

9. Hybrid-Gasgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mischkammer (11), die mit der Brennkammer (19) und der Druckkammer (7) strömungsmäßig verbunden ist und über die Gas aus dem Gasgenerator ausströmt.

10. Hybrid-Gasgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil durch Pressen oder Schweißen an der inneren Wandung (5) befestigt ist.