DE19731221A1 - Gasgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere für Fahr­ zeuginsassen-Rückhaltesysteme, mit einem Außengehäuse, wenigstens einer Brennkammer, wenigstens einer sich an die Brennkammer in Strö­ mungsrichtung anschließenden Filterkammer und einer Zwischenwand, die die Brennkammer und die Filterkammer voneinander trennt und die mit Überströmöffnungen versehen ist.

Gasgeneratoren für Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme, z. B. zum Aufblasen eines Gassacks, müssen bei extrem unterschiedlichen Tempera­ turen gleichermaßen gut arbeiten. Dies heißt, daß sie z. B. bei -35°C Außentemperatur einen nahezu ebenso hohen Gassackinnendruck nahezu ebenso schnell schaffen sollten, wie bei einer Umgebungstemperatur von 85°C. Diese gewünschte Eigenschaft ist jedoch schwer realisierbar, da der Treibstoff in der Brennkammer bei hohen Temperaturen wesentlich schneller und vollständiger abbrennt als bei sehr tiefen Temperaturen. Da ein stets gleichbleibender Druckverlauf, der unabhängig von der Ausgangstemperatur des Gasgenerators vor dem Zünden ist, nicht erziel­ bar ist, müssen Kompromisse eingegangen werden, was die durch den Gas­ generator erzielbaren Druckverläufe bei niedrigen und hohen Temperatu­ ren anbelangt.

Die Erfindung schafft einen Gasgenerator, bei dem die Druckver­ läufe, die bei hohen und niedrigen Temperaturen erzielt werden, mit einfachen Mitteln nur noch relativ gering streuen. Dies wird bei einem Gasgenerator der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Überströmöffnungen durch eine Einrichtung im nichtaktivierten Zustand des Gasgenerators zur Verringerung des wirksamen Durchtrittsquer­ schnitts teilbedeckt sind, wobei die Einrichtung durch den bei Abbrand des Brennstoffs entstehenden Gasdruck so druckbeaufschlagt ist, daß sie sich plastisch verformt und einen höheren, wirksamen Durchtritts­ querschnitt freigibt. Bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator ist der wirksame Durchtrittsquerschnitt verringert, und er wird bei hohen Drücken wieder erhöht. Bei einer niedrigen Ausgangstemperatur des Gasgenerators erfolgt ein relativ langsamer Abbrand des Brennstoffs. Wenn jedoch der wirksame Durchtrittsquerschnitt durch die Einrichtung verringert ist, erhöht sich der Druck in der Brennkammer, wodurch der Abbrand beschleunigt werden kann. Obwohl ein geringerer Durchtritts­ querschnitt vorhanden ist, wird durch die Erhöhung des Drucks in der Brennkammer und der damit verbundenen, überproportional hohen Be­ schleunigung des Abbrands ein höherer Gasmassenstrom erzielt als bei vollständig geöffneten Überströmöffnungen. Die Einrichtung, deren Betätigung an den in der Brennkammer vorhandenen Gasdruck gekoppelt ist, führt somit bei niedrigen Temperaturen zur Erhöhung des Brennkam­ merdrucks, wogegen bei hohen Temperaturen, bei denen ohnehin sofort ein hoher Brennkammerdruck vorhanden ist, auch sofort ein größerer, wirksamer Durchtrittsquerschnitt freigelegt wird. In letzterem Fall setzt die Einrichtung dem ausströmenden Gas nur kurzzeitig einen Widerstand entgegen. Durch dieses Beeinflussen des Brennkammerdrucks kann der durch den Gasgenerator erzielte Druckverlauf in dem Körper, in den das erzeugte Gas einströmt, trotz unterschiedlicher Temperatu­ ren in relativ engen Grenzen gehalten werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Einrichtung als Blende für jede Überströmöffnung ausgebildet, die die Überströmöffnung im nichtaktivierten Zustand des Gasgenerators teilbedeckt, wobei die Blende durch den bei Abbrand des Brennstoffs entstehenden Gasdruck verformt wird und damit den wirksamen Durchtrittsquerschnitt erhöht.

Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine sehr einfache, billige Einrichtung aus.

Ferner sollte die Blende erst ab Erreichen eines vorbestimmten Gasdrucks definiert verformt werden. Dies hat den Zweck, daß die re­ lativ geringen Drücke in der Brennkammer zu Beginn des Abbrandprozes­ ses bei niedrigen Ausgangstemperaturen noch zu keiner oder keiner wesentlichen Vergrößerung des wirksamen Durchtrittsquerschnitts führen sollen, um eine schnelle Drucksteigerung in der Brennkammer zu errei­ chen. Erst ab einem relativ hohen Druck in der Brennkammer sollten die Durchtrittsöffnungen fast vollständig oder vollständig freigegeben werden. Dieser vorbestimmte Druck sollte so gewählt sein, daß er bei hohen Ausgangstemperaturen schon zu Beginn des Abbrandprozesses er­ reicht wird, nicht aber bei niedrigen Ausgangstemperaturen.

Es ist möglich, für jede Überströmöffnung eine einzelne Blende oder eine gemeinsame Blende, die sich sozusagen aus einzelnen Blenden für jede Ausströmöffnung zusammensetzt, vorzusehen.

Die Blenden oder die Blende liegen vorzugsweise an der Innenseite der Zwischenwand an, d. h. sie liegen in der Brennkammer. Damit können sie eine weitere Funktion ausüben, indem sie als Brennkammersieb wir­ ken. Bei bisherigen Gasgeneratoren konnte es nämlich zum Verstopfen einzelner Überströmöffnungen durch den üblicherweise in Tablettenform vorliegenden Brennstoff kommen. Beim Abbrand werden nämlich Tabletten oder Tablettenstücke nach außen gedrängt und können sich in der Über­ strömöffnung verfangen, diese verstopfen und damit den Druckverlauf negativ beeinflussen. Die Einrichtung, die vorzugsweise als Blende ausgebildet ist, kann dadurch die Funktion eines sogenannten Brennkam­ mersiebs ausüben, das bei bekannten Gasgeneratoren zum Teil vorgesehen ist.

Die Blende hat im Bereich der Überströmöffnungen Ausnehmungen, vorzugsweise schlitzförmige Ausnehmungen, die sich zu einer Kreuz- oder Sternform ergänzen, so daß an die Ausnehmungen angrenzende, ge­ zielt deformierbare Blendenabschnitte definiert sind.

Die Geometrie der Ausnehmungen ist zur Erzielung der zuvor be­ schriebenen Verhinderung der Verstopfung der Überströmöffnungen in ihrer Geometrie so gewählt, daß ein derartiges Verstopfen sowohl im nichtaktivierten, als auch im aktivierten Zustand verhindert wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Länge der Ausnehmungen größer als der Durchmesser der Tabletten ist, so daß eine einzelne Tablette auch keine Ausnehmung verstopfen kann.

Die jeder Durchtrittsöffnung zugeordnete Blende ist im nichtakti­ vierten Zustand radial nach innen, in Richtung Brennkammer gewölbt. Dadurch kann stets von verschiedenen Seiten Gas durch die Ausnehmungen hindurchströmen, denn selbst eine flache Tablette kann nicht zum Ver­ schließen der Ausnehmungen in der gewölbten Blende führen.

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 aus einzelnen Blenden zusammengesetzte, ringförmige Blende als die Überströmöffnung teilweise bedeckende Einrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Blende nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten, der die Blende im eingebauten Zustand zeigt, in der sie einerseits an den Treibstoff und andererseits an die Zwischenwand angrenzt,

Fig. 4 die in Fig. 3 gezeigte Blende nach Aktivieren des Gasgene­ rators, in verformtem Zustand, und

Fig. 5 eine Perspektiv- und teilweise Schnittansicht einer Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators mit der in Fig. 1 ge­ zeigten Blende.

In Fig. 5 ist ein sogenannter Rundgasgenerator zum Entfalten eines Fahrer-Gassacks dargestellt, der ein aus mehreren Teilen zusammenge­ setztes Außengehäuse 3 hat. In der Mitte des Gasgenerators sind eine Anzündeinheit 5 und eine diese umgebende, torusförmige Brennkammer 7 vorgesehen. Die Brennkammer 7 ist mit Brennstoff 9 in Tablettenform gefüllt. Eine Zwischenwand 11 trennt die Brennkammer 7 von einer sie umgebenden Filterkammer 13. Das Außengehäuse 3 weist zahlreiche Aus­ strömöffnungen 15 auf, die innenseitig durch Filter 17 abgedeckt sind. Die Filterkammer 13 und die Brennkammer 7 stehen über zahlreiche Über­ strömöffnungen 19 in der Zwischenwand 11 miteinander in Strömungsver­ bindung.

An der Innenseite der Zwischenwand 11 liegt ein in Fig. 1 näher dargestellter ringförmiger Körper an, der sich aus einzelnen, ein­ stückig aneinander befestigten Segmenten, die einzelne Blenden 21 bilden, zusammensetzt. Jeder Überströmöffnung 19 ist eine eigene Blen­ de 21 zugeordnet. Der in Fig. 1 gezeigte, an einer Stelle geschlitzte Ring stellt eine gemeinsame Blende für die Überströmöffnungen 19 dar. Jede Blende 21 hat einen zentralen, teilkugelförmig gewölbten, in die Brennkammer 7 ragenden Teil 23 sowie einen diesen Teil umgebenden, planen Abschnitt, der an der Zwischenwand 21 anliegt. Der gewölbte Teil ist zur Überströmöffnung 19 ausgerichtet und ist in Strömungs­ richtung vor ihr angeordnet. In dem gewölbten Teil 23 ist eine Aus­ nehmung 25 vorgesehen, die eine Kreuzform hat. Zwischen benachbarten Abschnitten der Ausnehmung 25 ergibt sich dadurch jeweils ein segment­ förmiger Blendenabschnitt 27, der in definierter Weise deformierbar ist, da er nur an seinem radial äußeren Rand in den übrigen Teil der Blende 21 übergeht.

Jede Blende 21 dient als Einrichtung, die im nichtaktivierten Zustand des Gasgenerators zur Verringerung des wirksamen Durchtritts­ querschnitts die zugehörige Überströmöffnung 19 teilbedeckt. D.h., die Querschnittsfläche der Ausnehmung 25 ist geringer als die der zuge­ hörigen Überströmöffnung.

Im nichtaktivierten Zustand liegen die Brennstofftabletten unmit­ telbar an der Blende an, wobei die Blende verhindert, daß ihre zuge­ ordnete Überströmöffnung 19 durch Tabletten verstopft wird. Die Länge der schlitzförmigen Abschnitte der Ausnehmung ist so dimensioniert, daß eine Tablette nur einen Teilbereich der Ausnehmung 25 verdecken und nicht durch die Ausnehmung 25 hindurchtreten kann. Die Ausnehmung 25 erlaubt nur den Durchtritt von Partikeln, die aufgrund ihrer gerin­ gen Größe keinesfalls zu einer Verstopfung der Überströmöffnung 19 führen können. Zusätzlich kann auch noch eine sogenannte Verdämmung beispielsweise zwischen der ringförmigen, gemeinsamen Blende und der Zwischenwand 11 vorgesehen sein, die einen Feuchtigkeitseintritt in die Brennkammer verhindert.

Beim Zünden des Gasgenerators brennt der Treibstoff 9 ab und erzeugt Gas, so daß sich in der Brennkammer 7 ein Gasdruck aufbaut. Durch die Ausnehmungen 25 strömt das Gas weiter über die Überströmöff­ nungen 19 in die Filterkammer 13, den Filter 17, wo heiße Partikel ausgefiltert werden, und schließlich über die Ausströmöffnungen 15 in den Gassack ein. Ab Erreichen eines hauptsächlich durch die Geometrie der Blendenabschnitte 27 vorbestimmten Drucks im Inneren der Brenn­ kammer 7 werden die Blendenabschnitte 27, wie in Fig. 4 gezeigt, ra­ dial nach außen plastisch gebogen, so daß der wirksame Durchtritts­ querschnitt vergrößert wird und sich der Gasmassenstrom erhöht. Der vorbestimmte Gassackinnendruck wird dabei so gewählt, daß er bei einer niedrigen Temperatur des Gasgenerators zu Beginn des Abbrandprozesses nicht erreicht wird. Dadurch staut sich das Gas im Inneren der Brenn­ kammer 7, der Druck in der Brennkammer 7 wird erhöht, und der Abbrand wird verbessert. Es ergibt sich selbst bei niedrigen Anfangstemperatu­ ren ein hoher Gasmassenstrom. Bei hohen Ausgangstemperaturen wird der vorbestimmte Druck zum Verbiegen der Blendenabschnitte 27 unmittelbar nach Beginn des Abbrands erreicht, so daß die Blende dem ausströmenden Gas keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzt. Dies ist auch nicht erwünscht, denn eine Erhöhung des Drucks in der Brennkammer 7 würde für einen hohen Druckstoß sorgen, der die Teile des Fahrzeuginsassen- Rückhaltesystems unnötig hohen Belastungen aussetzen würde.

Claims (15)

1. Gasgenerator, insbesondere für Fahrzeuginsassen-Rückhalte­ systeme, mit einem Außengehäuse (3), wenigstens einer Brennkammer (7), wenigstens einer sich an die Brennkammer (7) in Strömungsrichtung anschließenden Filterkammer (13) und einer Zwischenwand (11), die die Brennkammer (7) und die Filterkammer (13) voneinander trennt und die mit Überströmöffnungen (19) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Überströmöffnungen (19) in nichtaktiviertem Zustand des Gasgenerators durch eine Einrichtung zur Verringerung des wirksamen Durchtrittsquerschnitts teilbedeckt sind, wobei die Einrich­ tung durch den bei Abbrand des Brennstoffs (9) entstehenden Gasdruck so druckbeaufschlagt ist, daß sie sich plastisch verformt und einen höheren, wirksamen Durchtrittsquerschnitt freigibt.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung als Blende (21) für jede Überströmöffnung (19) ausgebildet ist, die in nichtaktiviertem Zustand des Gasgenerators die zugehörige Überströmöffnung (19) teilbedeckt, wobei die Blende (21) durch den bei. Abbrand des Brennstoffs (9) entstehenden Gasdruck plastisch verformt und dadurch der wirksame Durchtrittsquerschnitt erhöht wird.

3. Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (21) ab Erreichen eines vorbestimmten Gasdrucks in der Brenn­ kammer (7) definiert verformt wird.

4. Gasgenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeder Überströmöffnung (19) zugeordnete Blende (21) in der Brennkammer (7) angeordnet ist.

5. Gasgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (21) an der Innenseite der Zwischenwand (11) anliegt.

6. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den Überströmöffnungen (19) zugeordneten Blenden (21) einstückig miteinander zur Bildung einer gemeinsamen Blende für die Überströmöffnungen (19) verbunden sind.

7. Gasgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Blende eine ringförmige Gestalt hat.

8. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die jeder Überströmöffnung (19) zugeordnete Blende (21) im Bereich der Überströmöffnung (19) wenigstens eine Ausnehmung (25) hat.

9. Gasgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (25) schlitzförmig ist und an sie angrenzende Blendenab­ schnitte (27) definiert, die in vorbestimmbarer Weise durch den Gas­ druck deformierbar sind.

10. Gasgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (25) kreis- oder sternförmig ist.

11. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der Ausnehmung (27) so gewählt ist, daß sowohl im nichtaktivierten als auch im aktivierten Zustand des Gasgenerators ein Verstopfen der Überströmöffnungen (19) durch den Brennstoff (9) verhindert wird.

12. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die jeder Überströmöffnung (19) zugeordnete Blende im nichtaktivierten Zustand im Bereich der Überströmöffnungen (19) radial nach innen gewölbt ist und in die Brennkammer (7) ragt.

13. Gasgenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Blenden (21) teilkugelförmig gewölbt sind.

14. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenabschnitte (27) ab Erreichen des vor­ bestimmten Gassackdrucks plastisch verformt werden.

15. Gasgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Gassackdruck höher als der bei niedrigen Ausgangstemperaturen unmittelbar nach dem Zünden des Brenn­ stoffs erreichte Gasdruck ist.