DE19726296A1 - Gasgenerator mit Kühlvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator für eine Sicherheitsein­ richtung insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem mit einem Gehäuse, einer in dem Gehäuse ausgebildeten Brennkammer mit Fest­ treibstoff zur Erzeugung von Heißgas und einem in einen vorbestimmten Strömungsweg des Heißgases eingebrachten Kühlmittel.

Herkömmliche pyrotechnische Gasgeneratoren enthalten einen in eine Brennkammer eingebrachten Treibsatz, der nach Auslösung eines elek­ trischen Impulses durch einen Sensor infolge eines Unfalls mittels einer in den Generator integrierten Anzündeinheit gezündet wird. Der Treibsatz ist üblicherweise ein Festtreibstoff auf der Grundlage von Natriumazid (NaN₃) und einem Oxidator, wie z. B. KNO₃. Aufgrund der Toxizität des Natriumazids werden neuerdings auch natriumazidfreie Treibstoffe verwendet. Zur Einhaltung der zulässigen Maximalkonzentrationen der entstehenden unerwünschten Verbrennungsnebenprodukte weisen die natriumazidfreien Treibstoffe gegenüber den herkömmlichen Treibstoffen auf Natriumazidbasis jedoch oftmals eine höhere Verbrennungstemperatur auf. Aus diesem Grund wird bei Einsatz natriumazidfreier Treibstoffe versucht, das nach Zünden des Gasgenerators durch einen pyrotechnischen Zünder erzeugte Heißgas durch Filtereinbauten oder andere Maßnahmen vor dem Eintreten in den Gassack abzukühlen.

Die Patentschrift US-A-5 487 561 beschreibt einen Flüssiggasgenera­ tor, bei dem eine Kühlflüssigkeit aus in Wasser gelöstem Calciumchlorid in einer Kammer gespeichert ist, welche die das Flüssiggas enthaltende Brennkammer ringförmig umgibt. Nach der Zündung des Generators durch­ strömt das freigesetzte Heißgas die Kühlflüssigkeitskammer und verdampft wenigstens einen Teil der Kühlflüssigkeit. Durch die Verdampfung der Kühlflüssigkeit wird dem Heißgasstrom Wärmeenergie entzogen.

Die DE-OS 22 29 039 beschreibt einen Gasgenerator mit einer Verbrennungskammer und einer der Verbrennungskammer nachgeordneten Kühlkammer, die ein verdampfbares Kühlmittel, wie z. B. einen Halogen- Kohlenstoff enthält. Die in der Verbrennungskammer erzeugten Heißgase durchtreten zunächst eine Filtereinheit oder Reaktionskammer und danach eine Düsenplatte, welche die Reaktionskammer von der Kühlmittelkammer trennt. Die durch die Düse in die Kühlmittelkammer eintretenden Heißgase führen zu einer Verwirbelung und Verdampfung des Kühlmittels und damit zu einer Abkühlung des Heißgasstroms.

In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 196 02 695 ist schließlich ein Gasgenerator offenbart, bei dem in einem Strömungsraum außerhalb der Brennkammer ein fluiddichter Kühlflüssigkeitsbehälter angeordnet ist. Das aus der Brennkammer austretende Heißgas durchbrennt die Behalterhülle und trifft auf ein mit Kühl­ flüssigkeit getränktes Silikonschaumgummi. Durch die Verdampfung der Kühlflüssigkeit wird das Heißgas weiter abgekühlt.

Alle oben genannten Druckschriften beschreiben verschiedene Anordnungen und Speichermöglichkeiten der Kühlmittel. Dabei ist eine ausreichende Kühlung der vom Generator erzeugten Heißgase nur dann möglich, wenn eine genau definierte Verteilung der Kühlmitteltropfen gewährleistet wird. Sofern bei den oben genannten Maßnahmen Trägermate­ rialien mit Poren oder Kapillaren verwendet werden, kann eine solche homogene Verteilung des Kühlmittels zur Erzeugung großer volumenspe­ zifischer Oberflächen nicht erreicht werden, da bei den auftretenden hohen Heißgasgeschwindigkeiten der Reibungswiderstand in den Kapillaren und die kinematische Viskosität der eingesetzten Kühlmittel zu groß ist, um in der zur Verfügung stehenden kurzen Zeit das Kühlmittel aus dem Trägermaterial freizusetzen. Vielmehr wird das Kühlmittel durch das Heißgas aus den Kapillaren herausgeschoben, ohne eine Zerstäubung der Flüssigkeit zu erreichen.

Eine Anordnung von größeren Flüssigkeitsanreicherungen zur Kühlung der Heißgase unmittelbar vor den Abströmöffnungen des Gasgenerators kann leicht zu einer totalen Verblockung der Abströmöffnungen führen und so den Gasgenerator fraktionieren, da die Trägheit der verwendeten Kühlmit­ tel sowie deren Viskosität und Oberflächenspannug eine Beschleunigung der Kühlmitteltropfen auf Heißgasgeschwindigkeit nicht zulassen. In die­ sem Fall entsteht in der Brennkammer ein immer höherer Druck, und die Treibstoffabbrandgeschwindigkeit steigt aufgrund des höheren Drucks wei­ ter an, wobei das Gesamtsystem schnell einen instabilen Abbrandzustand erreicht, der zur totalen Fraktionierung des Generators führen kann. Ein weiterer zusätzlicher Nachteil der aus dem genannten Stand der Technik bekannten Maßnahmen liegt in der Verwendung eines bezogen auf das Ge­ samtsystem großvolumigen Speichermediums für Kühlflüssigkeiten, da hier­ durch ein nicht erwünschter Massenzuwachs des Gasgenerators entsteht.

Zur Vermeidung dieser Nachteile stellt die vorliegende Erfindung einen Gasgenerator der eingangs genannten Gattung bereit, welcher da­ durch gekennzeichnet ist, daß der Strömungsweg des Heißgases durch eine Düsenkontur verläuft, die eine Stauzone umfaßt, in der das aus der Brennkammer ausströmende Heißgas einen hohen statischen Druck aufweist, und einen Düsenhals, in der das Heißgas einen hohen dynamischen Druck ausbildet, und wobei das Kühlmittel in einem sich vom Bereich der Stauzone wenigstens teilweise in den Düsenhals erstreckenden hülsen­ förmigen Vorratsbehälter angeordnet ist.

Der Behälter für das Kühlmittel ist dabei vorzugsweise im Bereich der Stauzone der Düsenkontur mit radialen Überdruckbohrungen versehen ist. Ferner kann der hülsenförmige Vorratsbehälter im Bereich des Düsenhalses mit einer oder mehreren Öffnungen versehen sein. Diese Öffnungen befinden sich bevorzugt an der Stirnseite des Vorratsbehälters und sind gegenüber dem stromabwärts gelegenen Ende des Düsenhalses zu­ rückversetzt, wodurch im oberen Ende des Düsenhalses eine Mischungszone für das Heißgas und das Kühlmittel ausgebildet ist. Bevorzugt ist das Kühlmittel in dem Vorratsbehälter in einer zerberstbaren Hülle einge­ schlossen, die beispielsweise aus Aluminium oder Kunststoff bestehen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse des erfindungs­ gemäßen Gasgenerators rohrförmig ausgebildet und besteht im wesentlichen aus einem Gehäuseoberteil und einem Gehäuseunterteil. Die Düsenkontur ist dabei im Gehäuseoberteil und koaxial zu der im Gehäuseunterteil gebildeten Brennkammer angeordnet, wobei in vorteilhafter Weise die Wandung des Gehäuseoberteils die Düsenkontur fixiert und zentriert. In dieser Ausführungsform ist die Brennkammer bevorzugt durch eine Loch­ platte mit Bohrungen für den Austritt des Heißgases in Richtung auf die Düse von der Düsenkontur getrennt. Der hülsenförmige Vorratsbehälter für das Kühlmittel kann dabei mittig an der Lochplatte befestigt und koaxial mit der Düsenkontur angeordnet sein.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Gasgene­ ratorgehäuse aus einem topfförmigen Gehäuseunterteil und einem deckel­ artigen Gehäuseoberteil. In der Mitte des Gehäuseoberteils ist eine Hülse mit einem Zünder angeordnet, die im Bereich des Zünders mit einer pyrotechnischen Verstärkerladung gefüllt ist. Der Behälter für das Kühl­ mittel befindet sich auf der dem Zünder entgegengesetzten Seite der Hülse und ist von der pyrotechnischen Verstarkerladung durch eine Druck­ platte getrennt. Die Brennkammer ist in dieser Ausführungsform bevorzugt ringförmig um die das Kühlmittel und die pyrotechnische Verstärkerladung enthaltende Hülse angeordnet. Die Düsenkontur befindet sich in der Mitte einer in das Gehäuseunterteil eingepreßten Düsenplatte, wobei die Hülse wenigstens teilweise in die Düsenkontur hineinragt.

Der Festtreibstoff kann in allen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in Form von Tabletten, Pellets, Ringen oder Preßlingen vor­ liegen, oder jede andere in der Technik bekannte Form aufweisen.

Das verwendete Kühlmittel ist vorzugsweise ein Fluid mit einem Gefrierpunkt von unter -35°C, um eine volle Funktionsfähigkeit des Gasgenerators auch unter Winterbedingungen zu gewährleisten.

Die vorliegende Erfindung umfaßt einen thermisch verbesserten Gas­ generator, wobei die nach Zünden des Zünders und Verbrennen des Treib­ stoffs entstehende Heißgase durch ein sich im Gasgenerator befindendes Kühlmittel gekühlt werden. Das Kühlmittel wird hierbei verdampft, was wiederum zu einem gewünschten Volumenzuwachs im Heißgasstrom beiträgt. Das verwendete Kühlmittel muß aufgrund des extrem raschen Verbrennungs­ vorgangs auch in dieser kurzen Zeit verdampft werden, um einen weiteren Volumenzuwachs und somit eine Leistungssteigerung bei gleichzeitig kühleren Abgasen zu erreichen. Um eine hohe Wärmeübergangsleistung zu erreichen, ist es erforderlich, eine möglichst große volumenbezogene Oberfläche des Kühlmittels bereitzustellen, was nur durch einen wir­ kungsvollen Zerstäubungsvorgang erreicht werden kann. In der vorliegen­ den Erfindung wird das sich in einem Vorratsbehälter befindende Kühl­ mittel durch einen bei der Verbrennung des Festtreibstoffs entstehenden hohen Brennkammerdruck einerseits mit Druck beaufschlagt und somit aus dem Behälter herausgepreßt, andererseits aber durch eine aufgrund von Entspannungsvorgängen entstehende Druckdifferenz aus dem Vorratsbehälter herausgesaugt. Das Kühlmittel ist im Vorratsbehälter bevorzugt von einer flüssigkeitsundurchlässigen Hülle umgeben, wobei diese Hülle dann beim Auslösevorgang des Generators durch den entstehenden hohen Brennkammer­ druck platzt und das Kühlmittel zur anschließenden Zerstäubung freigibt. Der danach erfolgende Zerstäubungs- und Mischvorgang ist sehr schnell beendet, wobei die durch die gewählte Gasströmungsführung in der Düsen­ kontur entstehenden Scherkräfte für einen hohen Mischungs- und Zerstäu­ bungswirkungsgrad sorgen.

Der Gasgenerator in der der Erfindung zugrundeliegenden Bauart stellt eine Verbesserung des bisherigen Stands der Technik dar, da sich bei der vorliegenden Erfindung eine günstigere Energiebilanz einstellt, als bei bisher verwendeten Systemen. Aufgrund der Kühlung des nach Zünden des Gasgenerator entstehenden Heißgase durch ein Kühlfluid ergeben sich die folgenden zusätzlichen Vorteile:

• a) Sämtliche nach der Kühlung der Heißgase angeordneten Bauteile werden thermisch geringer belastet, wodurch dünnere Wandstärken, die Verwendung anderer Materialien, leichtere Bauweisen und kostengünstigere sowie geometrisch kleinere Gasgeneratorkonstruktionen möglich werden.
• b) Die beim Abbrennen von Feststofftreibsätzen entstehende Schlacke und Salzpartikel können durch Kühlen der Heißgase ausgeschieden und durch geeignete Filtermaßnahmen im Gasgeneratorinneren zurückgehalten werden, wodurch die Airbag- und Modulmaterialien weniger belastet werden. Zudem wird durch einen geringeren Partikelausstoß eine wichtige Kundenforderung erfüllt.
• c) Kühlere Generatorabgase ermöglichen eine einfachere Anpassung der Gasgeneratorleistung, da eine kleinere Temperaturdifferenz gegenüber kalten Bauteilen wie Modul und Luftsack zu homogeneren Leistungsver­ teilungen einzelner Generatorchargen führt. Da Gasvolumina stark tempe­ raturabhängig sind, führen große Temperaturdifferenzen innerhalb der Gasströmung häufig zu großen Streuungen in der Gasgeneratorleistung bei gleicher Konfiguration der Generatoren.
• d) Die der Erfindung zugrundeliegende Technik der Kühlung von Heiß­ gasen durch ein Kühlfluid hat einen großen Einfluß auf die Energie­ bilanz des Gesamtsystems "Gasgenerator". Durch den Wärmeeintrag vom Heißgas in das Kühlfluid wird einerseits das Heißgas abgekühlt und gleichzeitig das Kühlfluid verdampft, wobei der erzeugte Dampf zusätz­ liches Aufblasvolumen für den dahinter angeordneten Airbag bereitstellt. Die vom Heißgas herrührende Wärme wird in der vorliegenden Erfindung nicht dazu benutzt, Filtermaterial aus Metallgestrick zu erwärmen, sondern durch den Verdampfungsvorgang zusätzliches Volumen zu erzeugen. Hierdurch wird die Gasgeneratorleistung insgesamt erhöht.
• e) Durch die Abkühlung der Heißgase können künftig auch Treibstoffe verwendet werden, die bisher aufgrund zu hoher Abbrandtemperaturen nicht zum Einsatz kommen.
• f) Aufgrund der hohen Volumenzunahme von Kühlfluiden während des Übergangs von der Flüssigphase in die Gasphase kann bei gleichbleibender Generatorleistung eine kleinere Bauform gewählt werden, was zu weiteren Kosteneinsparungen in der Herstellung von Gasgeneratoren führt. Zudem geht der Trend zurück zu sportlichen und kleinen Lenkrädern, in die jedoch aufgrund der Baugröße bis jetzt keine Airbagsysteme integriert werden konnten. Durch die aufgrund der Erfindung mögliche kleine und kompakte Bauweise der Gasgeneratoren sind solche Sportlenkräder jetzt realisierbar.
• g) Beim Einsatz von wäßrigen Kühlfluiden entsteht beim Verdampfen Wasserdampf, der ökologisch unbedenklich ist. Zudem vermindert ein zusätzlicher Wasserdampfanteil die noch im Heißgas vorhandenen Rest­ konzentrationen ökologisch bedenklicher Substanzen.
• h) Aufgrund der durch die Erfindung erzeugten kühleren Gasmasse erhält der Gassack während des Aufblasvorgangs eine längere Stand­ festigkeit, d. h. der aufgeblasene Gassack verliert nicht schon nach sehr kurzer Zeit sein ausgebildetes Maximalvolumen.

Weiterhin kann durch die Erfindung der Einsatz gefährlicher und aus diesem Grund bedenklicher Pyrotechnik weiter reduziert werden. Zudem sind die verwendeten oder in Zukunft für den Einsatz geplanten Kühl­ fluide kostengünstig und in großen Mengen verfügbar.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Schnittzeichnung einer ersten erfindungsgemaßen Aus­ führungsform, die einen rohrförmigen Gasgenerator für den Einsatz in Beifahrer-, Seiten-, Thorax- oder Knie-Airbagsystemen darstellt;

Fig. 2 die Schnittzeichnung einer zweiten erfindungsgemäßen Aus­ führungsform, die einen zylinderförmigen Gasgenerator für den Einsatz in Fahrer-Airbagsystemen darstellt;
In einer bevorzugten ersten Ausführungsform (Fig. 1) der vorliegen­ den Erfindung, die für den Einsatz in Beifahrer-, Kopf-, Knie- oder Thorax-Airbagsystemen vorgesehen ist, befindet sich in einem rohrförmi­ gen Gehäuseunterteil 1 ein Zünder 2 mit einer dahinter angeordneten Hülse 5, die mit einer pyrotechnischen Verstärkerladung 3 gefüllt ist. In der Hülse 5 sind Abströmbohrungen 4 eingearbeitet, die von innen oder von außen mit einer Verdämmung (in Fig. 1 nicht dargestellt) luftdicht verschlossen sind.

Die Hülse 5 ragt in eine in dem Gehäuseunterteil 1 gebildete Brenn­ kammer 21 hinein, die mit Festtreibstoff 6 in Tablettenform gefüllt ist. An der dem Zünder 2 entgegengesetzten Ende des Gehäuseunterteils 1 ist eine Lochplatte 8 angeordnet, welche die Brennkammer 21 verschließt. Ein in der Brennkammer 21 vor der Lochplatte 8 angeordnetes Filter 7 wird durch diese fixiert. In der Lochplatte 8 sind Bohrungen 9 eingearbeitet, durch die das von dem Festtreibstoff 6 erzeugte Heißgas in Richtung auf eine Düse 10 austreten kann.

Die Düse 10 wird von der Wandung eines mit dem Gehäuseunterteil 1 fest verbundenen, rohrförmigen Gehäuseoberteils 15 zentriert und fixiert. Die Düse 10 weist eine Stauzone 20 sowie einen Düsenhals 19 auf, der gegenüber der Stauzone 20 verjüngt ist. Im Bereich der Stauzone 20 erzeugen die in die Düse 10 eintretenden Heißgase einen hohen statischen Druck, während sie im Bereich des Düsenhalses 19 aufgrund von Beschleunigungseffekten einen geringen statischen aber hohen dynamischen Druck aufweisen.

In der Mitte der Lochplatte 8 ist eine im folgenden als Vorrats­ behälter bezeichnete Hülse 11 befestigt, die koaxial zur Düse 10 ange­ ordnet ist und sich von der Stauzone 20 teilweise in den Bereich des Düsenhalses 19 erstreckt. Im Bereich der Stauzone 20 ist der Vorrats­ behälter 11 mit radialen Überdruckbohrungen 12 versehen, die eine Beaufschlagung des in dem Vorratsbehälter enthaltenen Kühlfluids 13 mit Druck ermöglichen. Das Kühlfluid 13 ist in dem Vorratsbehälter 11 vorzugsweise in einer leicht berstbaren Hülle (hier nicht dargestellt) angeordnet. Der Vorratsbehälter 11 weist zudem an seiner Stirnfläche eine Öffnung 14 auf, aus der das Fluid 13 in den Düsenhals 19 eintreten kann. Die Stirnfläche des Vorratsbehälters 11 ist gegenüber dem freien Ende des Düsenhalses zurückversetzt und bildet so im Düsenhals 19 eine Mischungszone 18 aus. In dem Gehäuseoberteil 15 sind ferner radiale Abströmöffnungen 16 vorgesehen, durch die das Gemisch aus Heißgas und Kühlmitteldampf über einen an den Düsenhals 19 angrenzenden Sammelraum 17 in einen an den Gasgenerator angeschlossenen Airbag eintreten kann.

Im Fall einer Fahrzeugkollision wird durch eine elektronische Steue­ rung der Zünder 2 durch Anlegen einer Zündspannung an den Kontakten des Zünders im Gasgenerator ausgelöst. Der Zünder erzeugt heiße Gase und Partikel und zündet die dahinter angeordnete Verstärkerladung 3, die dann genügend Energie liefert, um die Verdämmung in der Hülse 5 durch Druck zu öffnen. Die Verstärkerladung erzeugt beim Verbrennen heiße Gase und heiße Partikel, die dann durch die Abströmbohrungen 4 in das Ge­ häuseunterteil 1 ausströmen können. Der im Gehäuseunterteil 1 einge­ brachte pyrotechnische Treibstoff 6 brennt durch die auf den Treibstoff auftreffenden Heißgase und heißen Partikel an, wobei die Verstärker­ ladung gleichzeitig den Treibstoff 6 mit Druck beaufschlagt. Der Treib­ stoff 6 brennt dadurch sehr rasch ab und bildet innerhalb kürzester Zeit eine große Menge Heißgas, das durch den Filter 7 strömt und dort von Schlacke und Schmutz gereinigt wird. Durch die in der Lochplatte 8 vorgesehenen Bohrungen wird das Heißgas anschließend in Richtung auf die Düse 10 geleitet.

In der Stauzone 20 der Düse 10 vor dem Düsenhals 19 staut sich das Heißgas und erzeugt einen hohen statischen Druck, wobei dieser statische Druck ausreicht, um die Verdämmung (in Fig. 1 nicht dargestellt) an den Überdruckbohrungen des Kühlmittelvorratsbehälters 11 zu öffnen und diesen mit Druck zu beaufschlagen. Das durch den Treibstoffabbrand erzeugte Heißgas strömt dann durch den Düsenhals 19, wobei es sehr stark beschleunigt wird und einen hohen dynamischen aber geringen statischen Druck ausbildet.

Durch die Druckbeaufschlagung des Kühlmittelvorratsbehälters 11 platzt die darin untergebrachte, leicht berstende Hülle, die mit einem Kühlfluid 13 gefüllt ist, und drückt das Kühlfluid 13 durch die Öffnung 14 am Kühlmittelvorratsbehälter 11 in die Zerstäubungs- und Mischungszone. Die durch die Düsenkontur beschleunigten Heißgase weisen im Düsenhals 19 einen hohen dynamischen aber geringen statischen Druck auf, wodurch eine Druckdifferenz im Heißgas zwischen der Düsenstauzone 20 vor dem Düsenhals 19 und der Zerstäubungs- und Mischungszone 18 ausgebildet wird. Aufgrund der Druckdifferenz wird zusätzlich Kühlfluid 13 aus dem Kühlmittelvorratsbehälter herausgesaugt. Da das Kühlfluid 13 aufgrund der hohen dynamischen Viskosität und des höheren Strömungswiderstands eines Fluids im Vergleich zu einem Gas einen höheren Strömungswiderstand aufweist, entstehen durch die hohe Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Heißgas und Kühlfluid 13 an der Grenzfläche zwischen Gas und Kühlfluid 13 hohe Scherkräfte, die das austretende Kühlfluid 13 in kleinste Tröpfchen zerteilen und gleichzeitig für eine ausgezeichnete Durchmischung der beiden Medien sorgen. Durch die Zerteilung des Kühlfluids in feinste Tröpfchen entsteht im Kühlfluid 13 eine sehr große volumenbezogene Oberfläche, die einen schnellen Wärmetransport durch die ausgeprägte Wärmesenke aufgrund der großen Temperaturdifferenz zwischen Kühlfluid 13 und Heißgas begünstigt. Das Kühlfluid 13 wird daher sofort verdampft. Die durch die Koaxialanordnung der Düse 10 zum Kühlmittelvorratsbehälter 11 erzeugten Scherkräfte sorgen anschließend für eine optimale Durchmischung des erzeugten Dampfes mit dem Heißgas, wobei die zurückgezogene Anordnung (Recess) des Kühlmittelvorratsbehälters 11 innerhalb der Düse 10 diesen Mischvorgang begünstigt, da hierdurch ein größeres Zerteilungs- und Mischungsvolumen 18 ausgebildet wird.

Das so gebildete Heißgas-Dampf-Gemisch strömt in den Sammelraum 17 des Generatorgehäuseoberteils 15 und kann durch die Abströmöffnungen 16, die im Gasgeneratorgehäuseoberteil 15 eingearbeitet sind, nach außen abströmen und den nachgeschalteten Airbag aufblasen.

Der Filter 7, die Lochplatte 8 und die Düse 10 werden vorzugsweise vom Gehäuseoberteil 15 und vom Gehäuseunterteil 1 zentriert und fixiert, da im Bereich der Düse durch die Strömung und die hier auftretenden hohen Kräfte große Belastungen an den Bauteilen 8, 10 und 11 auftreten. Der Kühlmittelvorratsbehälter 11 muß daher ebenfalls fest und zentriert mit der Lochplatte 8 verbunden sein, um zu verhindern, daß sich der Kühlmittelvorratsbehälter 11 durch die auftretenden hohen Reaktions­ kräfte nach vorne in Richtung Sammelraum 17 bewegt.

Die beschriebene erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nur eine Möglichkeit einer Anordnung der aufgeführten Bauteile. Ebenso sind mögliche weitere Ausführungsformen denkbar, die zu einer Verbesserung der beschriebenen Funktionsweise des Gasgenerators bei­ tragen. So ist es beispielsweise denkbar, die Überdruckbohrungen 12 um eine oder mehrere stirnseitige Überdruckbohrung(en) auf der Seite der Lochplatte zu erweitern, um auch den dynamischen Druck des durch den Abbrandvorgang des Treibstoffs 6 erzeugten Heißgases auszunutzen, um das Kühlfluid 13 schneller aus dem Kühlmittelvorratsbehälter 11 herauszu­ drücken.

In einer bevorzugten zweiten Ausführungsform (Fig. 2) der vorliegen­ den Erfindung, die für den Einsatz in Fahrer-Airbagsystemen vorgesehen ist, befindet sich in einem deckelartigen Gehäuseoberteil 22 ein Zünder 2 mit einer hinter dem Zünder angeordneten Hülse 5, die in einem an den Zünder 2 angrenzenden Abschnitt mit einer pyrotechnischen Verstärker­ ladung 3 gefüllt ist. In der Hülse 5 sind im Bereich der Verstärker­ ladung Abströmbohrungen 4 eingearbeitet, die von innen oder von außen mit einer Verdämmung (in Fig. 2 nicht dargestellt) luftdicht ver­ schlossen sind. Der von dem Zünder entfernte Abschnitt der Hülse 5 bildet einen Kühlmittelvorratsbehälter 11, der durch eine Druckplatte 25 gegenüber der Verstärkerladung 3 druckdicht gekapselt ist.

Mit dem deckelartigen Gehäuseoberteil 22 ist ein topfförmiges Ge­ häuseunterteil 23 fest verbunden. Im unteren Drittel des Gehäuseunter­ teils ist eine Platte 26 eingepreßt, in deren Mitte eine Düse 10 eingearbeitet ist. Diese Düse 10 liegt dem Kühlmittelvorratsbehälter 11 gegenüber, wobei dieser teilweise in die Düse hineinragt.

Im oberen Bereich des Gehäuseunterteils ist eine Brennkammer 21 mit Festtreibstoff 6 ausgebildet, welche die Hülse 5 und den Vorratsbehälter 11 koaxial umgibt. Der Brennkammer 21 sind Filter 7 zugeordnet, die durch zentrisch ausgeformte Absätze im Gehäuseoberteil 22 und in der Düsenplatte 26 fixiert werden.

Die Hülse 5 und der Kühlmittelvorratsbehälter 11 sind bei der hier gezeigten Ausführungsform einstückig ausgebildet. Im Bereich der Stau­ zone der Düsenkontur 10 ist der Vorratsbehälter 11 mit Überdruckbohrun­ gen 12 versehen. Der in den Düsenhals 19 der Düsenkontur 10 hineinragen­ de Teil des Vorratsbehälters ist stirnseitig mit einer Öffnung 14 ver­ sehen. Diese Öffnung ist dabei gegenüber dem freien Ende des Düsenhalses 19 zurückversetzt angeordnet, wodurch eine Mischungszone 18 entsteht.

Im unteren Teil des Gehäuseunterteils 23, angrenzend an die Platte 26, ist ein Sammelraum 17 gebildet, in dessen Bereich das Gehäuseunter­ teil 23 mit radialen Abströmöffnungen 16 versehen ist.

Im Fall einer Fahrzeugkollision wird durch eine elektronische Steue­ rung der Zünder 2 durch Anlegen einer Zündspannung an den Kontakten des Zünders im Gasgenerator ausgelöst. Der Zünder erzeugt heiße Gase und Partikel und zündet die dahinter angeordnete Verstärkerladung 3, die dann genügend Energie liefert, um die Verdämmung in der Hülse 5 durch Druck zu öffnen. Die Verstärkerladung erzeugt beim Verbrennen heiße Gase und heiße Partikel, die dann durch die Abströmbohrungen 4 in das Ge­ häuseunterteil 23 ausströmen können. Der im Gehäuseunterteil 23 einge­ brachte pyrotechnische Treibstoff 6 brennt durch die auf den Treibstoff auftreffenden Heißgase und heißen Partikel an, wobei die Verstärker­ ladung 3 gleichzeitig den Treibstoff 6 mit Druck beaufschlagt. Der Treibstoff 6 brennt dadurch sehr rasch ab und bildet innerhalb kürzester Zeit eine große Menge Heißgas, das durch die Filter 7 strömt und dort von Schlacke und Schmutz gereinigt wird. Die Filter 7 werden durch zentrisch ausgeformte Absätze im Gehäuseoberteil 22 und der Düsenplatte 26 fixiert. Der Zünder 2, der in die Hülse 5 eingepreßt ist, wird zu­ sammen mit der Hülse 5 und einer Distanzscheibe 24 in das Gehäuseober­ teil 22 eingeschraubt.

Das erzeugte Heißgas kann anschließend durch die im unteren Drittel des Gehäuseunterteils 23 eingepreßte Düsenplatte 26 durch die zentrisch eingearbeitete Düsenkontur 10 austreten. In der Stauzone 20 vor der Düse 10 in der Düsenplatte 26 staut sich das erzeugte Heißgas und erzeugt einen hohen statischen Druck unmittelbar vor der Düse, wobei dieser statische Druck ausreicht, um die Verdämmung (in Fig. 2 nicht dargestellt) an den Überdruckbohrungen 12 des Kühlmittelvorratsbehälters 11 zu öffnen und diesen mit Druck zu beaufschlagen. Das durch den Treibstoffabbrand erzeugte Heißgas strömt dann durch die Düse 10, wobei es sehr stark beschleunigt wird und einen hohen dynamischen aber geringen statischen Druck ausbildet. Durch die Druckbeaufschlagung des Kühlmittelvorratsbehälters 11 platzt die darin untergebrachte, leicht berstende und mit Kühlfluid 13 gefüllte Hülle und das Kühlfluid 13 wird durch die stirnseitig angebrachte Öffnung 14 im Kühlmittelvorratsbe­ hälter 11 in die Zerstäubungs- und Mischungszone 18 gedrückt.

Das so gebildete Heißgas-Dampf-Gemisch strömt in den Sammelraum 17 des Generatorgehäuseunterteils 23 und kann durch Abströmöffnungen 16, die im Gasgeneratorgehäuseunterteil eingearbeitet sind, nach außen abströmen und den dahintergeschalteten Airbag aufblasen. Unmittelbar vor den Abströmöffnungen 16 existiert noch genügend Bauraum, um im Bedarfs­ fall zusätzliche Filtereinbauten zu integrieren.

Die beschriebene zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nur eine Möglichkeit einer Anordnung der aufgeführten Bauteile. Ebenso sind mögliche weitere Ausführungsformen denkbar, die zu einer Verbesserung der beschriebenen Funktionsweise des Gasgenerators bei­ tragen. So ist es beispielsweise denkbar, die Überdruckbohrungen 12 um eine oder mehrere stirnseitige Überdruckbohrung(en) in der Druckplatte 25 zu erweitern, um auch den dynamischen Druck des durch den Abbrand­ vorgang der Verstärkerladung 3 erzeugten Heißgases auszunutzen und das Kühlfluid 13 schneller aus dem Kühlmittelvorratsbehälter 11 herauszu­ drücken.

Die Erfindung findet ihren Einsatz vorzugsweise in passiven Kraft­ fahrzeug-Insassenschutzeinrichtungen, bei denen ein Luftsack einer Auf­ prallschutzvorrichtung in einer vorbestimmten Zeit aufgeblasen werden muß. Dabei kann die Erfindung in Aufprallschutzsystemen auf der Fahrer- oder Beifahrerseite sowie in Seitenaufprallschutzsystemen als auch in Kopf-, Knie- und Thoraxsystemen eingesetzt werden. Andere Anwendungsge­ biete sind in See- und Bergrettungsmitteln zu suchen, wie z. B. Schwimm­ westen, Rettungsinseln, Rettungsluftsäcke bei Lawinenunglücken, etc.

Auch Anwendungsgebiete in der Raumfahrt sind denkbar, wie z. B. das rasche Aufblasen eines Rettungsballons für sensible und wertvolle Nutz­ lasten bei Abkopplung der Nutzlast vom Trägersystem (Notsprengung einer Trägerrakete und Rettung der Nutzlast durch Aufblasen eines Rettungs­ ballons).

Claims (16)

1. Gasgenerator, insbesondere für passive Insassen-Rückhaltesysteme in Kraftfahrzeugen, mit einem Gehäuse (1, 15; 22, 23), einer in dem Gehäuse ausgebildeten Brennkammer (21) mit Festtreibstoff (6) zur Erzeugung von Heißgas und einem in einen vorbestimmten Strömungsweg des Heißgases eingebrachten Kühlmittel (13), dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg des Heißgases durch eine Düse (10) verläuft, die eine Stauzone (20) umfaßt, in der das aus der Brennkammer (21) ausströmende Heißgas einen hohen statischen Druck aufweist, und einen Düsenhals (19), in der das Heißgas einen hohen dynamischen Druck ausbildet, und daß das Kühlmittel (13) in einem sich von der Stauzone (20) wenigstens teilweise in den Düsenhals (19) erstreckenden hülsenförmigen Vorratsbehälter (11) angeordnet ist.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter (11) im Bereich der Stauzone (20) der Düse (10) mit Überdruckbohrungen (12) versehen ist.

3. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vorratsbehälter (11) im Bereich des Düsenhalses (19) mit einer oder mehreren Öffnungen (14) versehen ist.

4. Gasgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (14) gegenüber dem stromabwärts gelegenen Ende des Düsenhalses (19) zurückversetzt sind und im oberen Ende des Düsenhalses (19) eine Mischungszone (18) für das Heißgas und das Kühlmittel (13) ausgebildet ist.

5. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, 5) rohrförmig ausgebildet ist und im wesentlichen aus einem Gehäuseoberteil (1) und einem Gehäuseunterteil (15) besteht.

6. Gasgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (10) im Gehäuseoberteil (1) und koaxial zu der im Gehäuseunterteil (15) gebildeten Brennkammer (21) angeordnet ist.

7. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wandung des Gehäuseoberteils (1) die Düse (10) fixiert und zentriert.

8. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Brennkammer (21) durch eine Lochplatte (8) mit Bohrungen (9) für den Austritt des Heißgases in Richtung auf die Düse (10) von der Düse (10) getrennt ist.

9. Gasgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Vorratsbehälter (11) für das Kühlmittel (13) mittig an der Lochplatte (8) befestigt und koaxial mit der Düse (10) angeordnet ist.

10. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (22, 23) aus einem topfförmigen Gehäuseunter­ teil (23) und einem deckelförmigen Gehäuseoberteil (22) besteht.

11. Gasgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte des Gehäuseoberteils (22) ein Zünder (2) sowie eine mit einer im Bereich des Zünders (2) mit einer pyrotechnischen Verstärkerladung (3) gefüllte Hülse (5) angeordnet ist.

12. Gasgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel (13) auf der dem Zünder (2) entgegengesetzten Seite der Hülse (5) angeordnet und von der pyrotechnischen Verstärkerladung (3) durch eine Druckplatte (25) getrennt ist.

13. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (21) ringförmig um die Hülse (5) angeordnet ist.

14. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düse (10) in der Mitte einer in das Gehäuseunterteil (23) eingepreßten Düsenplatte (26) eingepreßt ist, wobei die Düse (10) der Hülse (5) gegenüberliegt.

15. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Festtreibstoff (6) in Form von Pellets, Ringen oder Preßlingen vorliegt.

16. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das das Kühlmittel (13) in dem Vorratsbehälter (11) in einer zerberstbaren Hülle eingeschlossen ist.