DE19913145A1

DE19913145A1 - Gasgenerator

Info

Publication number: DE19913145A1
Application number: DE19913145A
Authority: DE
Inventors: Johann Huber; Herbert Ragner; Markus Lindner; Marc Winterhalder
Original assignee: TRW Airbag Systems GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-02-10
Also published as: DE29813961U1; DE59905976D1

Abstract

Ein Gasgenerator für ein Sicherheitssystem, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, hat eine mit Treibstoff (18) gefüllte Brennkammer (12), in der nach Zündung und Verbrennen des Treibstoffs (18) ein Heißgas erzeugt wird, eine eine Flüssigkeit enthaltende Flüssigkeitskammer (14) und eine Mischkammer (16), in der Flüssigkeit und Heißgas gemischt werden. Mindestens ein Steuerventil (28) ist vorgesehen, durch das die Flüssigkeit strömt und das die in die Mischkammer (16) einströmende Flüssigkeitsmenge steuert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator für ein Sicherheits system, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit einer mit Treibstoff gefüllten Brennkammer, in der nach Zündung und Verbrennen des Treibstoffs ein Heißgas erzeugt wird, mit einer eine Flüssigkeit enthaltenden Flüssigkeitskammer und mit einer Mischkammer, in der Flüssigkeit und Heißgas gemischt werden.

Ein derartiger Gasgenerator ist beispielsweise aus der US 5,487,561 bekannt. Dieser Gasgenerator enthält eine Flüssigkeit, die zur Kühlung des erzeugten Heißgases in einer die Brennkammer ringförmig umgebenden separaten Kammer gespeichert ist. Beim Abbrennen des Heißgases wird ein Druck erzeugt, der ein beweglich gelagertes Trennelement verschiebt, was zum Ausspritzen des Treibstoffes führt. Die Flüssigkeit dient zur Kühlung des Heißgases, weil das zu füllende Sicherheitssystem, insbesondere ein Gassack, in Kontakt mit Personen gelangen kann. Um diese vor Verbrennungen zu schützen, muß die Temperatur auf ein verträgliches Maß abgekühlt werden.

Bei den bislang bekannten Gasgeneratoren erfolgt die Flüssig keitseinspritzung unkontrolliert und nicht steuerbar, denn es wird stets die gesamte Flüssigkeit eingespritzt.

Als nachteilig und gefährlich kann es sich sogar erweisen, wenn etwa dem Heißgas zu viel Flüssigkeit beigemischt wird. Durch die spezifische Viskosität, die Oberflächenspannung und die höhere Träg heit der Flüssigkeit gegenüber dem Heißgas können die Flüssigkeits tröpfchen nicht so schnell wie das Gas beschleunigt werden. Das kann im schlimmsten Fall zu einer Verblockung, d. h. einer Verstopfung der Öffnungen im System führen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine schnelle Steuerung der eingespritzten Flüssigkeitsmenge zu erreichen. Dies wird bei einem Gasgenerator der eingangs genannten Art durch mindestens ein Steuerventil erreicht, durch das die Flüssigkeit strömt und das die in die Mischkammer einströmende Flüssigkeitsmenge steuert. Der erfindungsgemäße Gasgenerator steuert die dem Heißgas zugeführte Flüssigkeitsmenge und damit auch das Mischungsverhältnis von Heißgas zu eingespritzter Flüssigkeit. Diese Steuerung erfolgt unmittelbar, d. h. es wird nicht etwa indirekt über die Zufuhr eines Druckgases, das wiederum ein Trennelement verschiebt, die eingespritzte Flüssigkeits menge gesteuert, sondern das Ventil wirkt direkt auf die Flüssigkeit. Dies hat zahlreiche Vorteile:
Das Ventil ist einem kalten Flüssigkeitsstrom und nicht etwa einem heißen Gasstrom ausgesetzt. Da im Heißgasstrom auch Verunreinigungen mitgeführt werden, besteht die Gefahr der Blockierung des Ventils. Dies kann aber nicht mehr der Fall sein, wenn die Flüssigkeit durch das Ventil strömt. Auch ein Beschädigen des Ventils durch den Heißgasstrom oder die mitgeführten Verunreinigungen ist ausgeschlossen. Schließlich muß bei einem Ventil, welches das unter Druck stehende Heißgas zur Betätigung eines verschiebbaren Trennelements steuert, das Ventil sowohl als Belüftungs- als auch Entlüftungsventil ausgeführt sein. Denn um den Einspritzvorgang des flüssigen Treibstoffs zu unterbrechen, muß schlagartig der Druck hinter dem Trennelement auf das Niveau des Drucks in der Mischkammer abgebaut werden. Ein Belüftungs- und Entlüftungsventil benötigt jedoch einen großen Bauraum, da es eine große Querschnittsfläche besitzen muß, um kurze Schaltzeiten zu erreichen.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Steuerventil an einem Auslaß der Flüssigkeitskammer angeordnet.

Darüber hinaus kann eine Druckkammer vorgesehen sein, die durch einen Auspreßkolben von der Flüssigkeitskammer getrennt ist. Das Steuerventil ist dabei so ausgebildet, daß es die in die Mischkammer eintretende Flüssigkeitsmenge unabhängig von der Stellung des Auspreßkolbens steuert. Dies ist beim Stand der Technik nicht der Fall, denn hier ist gerade die Stellung des Auspreßkolbens für die austretende Flüssigkeitsmenge verantwortlich.

Das Steuerventil ist vorzugsweise ein Magnetventil, so daß kurze Steuerzeiten bei niedrigem Aufwand erreicht werden können.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist stromabwärts der Flüssigkeitskammer ein Flüssigkeitsleitrohr angeordnet, in dessen Innerem die Flüssigkeit von der Flüssigkeitskammer zur Mischkammer geleitet wird. Das Steuerventil sitzt vorzugsweise zwischen Flüssigkeitskammer und Flüssigkeitsleitrohr, kann jedoch auch am Ende des Flüssigkeitsleitrohres angeordnet sein.

Eine einfache Konstruktion des Ventils wird dadurch erreicht, daß das Flüssigkeitsleitrohr Durchströmöffnungen hat, die durch Verschieben eines Schiebers, der Teil des Steuerventils ist, mehr oder weniger weit geöffnet werden können. Der Schieber sitzt dabei auf dem Flüssigkeitsleitrohr.

Damit die Spule, die den Schieber betätigen muß, möglichst nahe am Schieber selbst ist, besitzt dieser ein auf dem Flüssigkeitsrohr sitzendes rohrförmiges Teil und ein radial dazu äußeres rohrförmiges Teil. Dieses letztgenannte rohrförmige Teil grenzt an die Spule an. Rippen verbinden die rohrförmigen Teile und erlauben ein Einströmen der Flüssigkeit in den Hohlraum zwischen den beiden rohrförmigen Teilen.

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 Gasgenerators,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, der das Ventil näher zeigt,

Fig. 3 eine Perspektivansicht des in Fig. 1 bereits gezeigten Flüssigkeitsleitrohres, und

Fig. 4 eine Perspektivansicht durch den auf dem Flüssigkeits leitrohr nach Fig. 1 sitzenden Schieber.

Der in Fig. 1 gezeigte Rohrgasgenerator 10 weist eine Brenn kammer 12, eine Flüssigkeitskammer 14, eine Druckkammer 15 sowie eine Mischkammer 16 auf. Mit 17 ist eine Filterkammer dargestellt.

Die Brennkammer 12 enthält neben dem pyrotechnischen Treibstoff 18 eine Anzündeinheit 19.

Der Gasgenerator weist darüber hinaus ein zentrales Gasleitrohr 20 auf, das einen Teil des Heißgasstromes nach Zündung zur Druckkammer 15 leitet. Das Gasleitrohr 20 ist von einem Flüssigkeitsleitrohr 22 umgeben, so daß zwischen Gasleitrohr 20 und Flüssigkeitsleitrohr 22 ein ringförmiger Kanal 24 gebildet ist, der sich bis zur Mischkammer 16 erstreckt und dort an einer konusförmigen Stirnwand 26 endet. Am stromaufwärtigen Ende des Flüssigkeitsleitrohres 22 sitzt ein Steuer ventil 28, das als Magnetventil ausgebildet ist. Das Steuerventil 28 umfaßt einen Schieber 30, der in den Fig. 2 und 4 deutlicher zu erkennen ist. Der Schieber 30 hat ein auf dem Flüssigkeitsleitrohr 22 sitzendes rohrförmiges Teil 32 und ein über zahlreiche Rippen 34 damit verbundenes und koaxial zum rohrförmigen Teil 32 angeordnetes äußeres rohrförmiges Teil 36. Zwischen den rohrförmigen Teilen 32 und 36 ergibt sich ein Hohlraum 38. In diesen Hohlraum kann Flüssigkeit über Öffnungen 40 aus der Flüssigkeitskammer 14 einströmen. Die Flüssig keitskammer 14 ist gegenüber der Öffnung 40 in noch nicht betätigtem Zustand geschlossen, indem eine Membrane 41 vor der Öffnung 40 ange ordnet ist. Das Steuerventil 28 hat eine Spule 42, welche das radial äußere rohrförmige Teil 36 umgibt.

Die Spule 42 kann den Schieber 30 axial bewegen. Üblicherweise ist eine nicht gezeigte Feder vorhanden, die den Schieber 30 bei stromloser Spule in eine definierte Ausgangsstellung bringt. Zahl reiche radiale Durchströmöffnungen 44 im Teil 32 können in einer ent sprechenden axialen Stellung des Schiebers 30 mit radialen Öffnungen im Flüssigkeitsleitrohr 22 fluchten oder vom Schieber 30 verdeckt werden. Die Öffnungen im Flüssigkeitsleitrohr 22 sind in Fig. 3 besser zu erkennen und sind mit dem Bezugszeichen 46 gekennzeichnet.

In Fig. 1 ist zur besseren Darstellung exemplarisch nur eine Öffnung im Flüssigkeitsleitrohr und eine im Schieber dargestellt.

Die Flüssigkeitskammer ist von der Druckkammer durch einen Balg 48 getrennt. Der Balg 48 bildet einen Auspreßkolben.

Beim Zünden des pyrotechnischen Festtreibstoffes 18 entsteht heißes Gas. Dieses Gas zerstört zuerst ein Sieb 50 und gelangt dann zum Teil über Öffnungen 52 in die Mischkammer. Ein anderer Teil des Heißgases gelangt jedoch über das zentral angeordnete Gasleitrohr 20 und einen anschließenden Kanal 54 in die Druckkammer 15. Der sich hier aufbauende Druck führt zur axialen Verschiebung des Balgs 48 nach links. Dadurch wird Flüssigkeit über die Öffnungen 40 in den Hohlraum 38 gepreßt. Über einen Ansteuerstrom wird die Stellung des Schiebers 30 gesteuert. Die Öffnungen 44 und 46 kommen mehr oder weniger mit einander zur Deckung, so daß mehr oder weniger Flüssigkeit über den Kanal 24 in die Mischkammer 16 gelangt.

Das Steuerventil 28 steuert die Menge der eingespritzten Flüssigkeit und damit das Mischungsverhältnis Heißgas zu Flüssigkeit.

Die in die Mischkammer einströmende Flüssigkeit strömt an der konischen Stirnwand 26 in Pfeilrichtung nach außen. Der sich ergebende Flüssigkeitsfilm wird mit zunehmendem Strömungsweg immer dünner und reißt an einer Kante ab, wo er auch auf den Heißgasstrom trifft, der durch die Öffnungen 52 in die Mischkammer gelangt. Das Gas verdampft die Flüssigkeit. Das Gemisch strömt schräg radial einwärts in die Filterkammer und gelangt da über Filter 60 zu radialen Ausströmöffnun gen 62, von wo aus es zum Beispiel in einen Gassack strömt. Die Flüs sigkeit kann brennbar oder nicht brennbar sein.

Indem die in den Kanal 24 gelangende Flüssigkeitsmenge am Ausgang der Flüssigkeitskammer 14 gesteuert wird, kann der Flüssigkeitsstrom auch unmittelbar, d. h. ohne Verzögerung gestoppt werden. Ein Ver stopfen des Steuerventils 28 ist so gut wie ausgeschlossen, da durch es nur die Flüssigkeit strömt, die frei von Verunreinigungen oder Fremdkörpern ist. Die Steuerung des Ventils 28 ist sehr einfach, das Ventil kann beispielsweise so ausgelegt werden, daß die Menge der eingespritzten Flüssigkeit proportional zum durch die Magnetspule durchgeleiteten Strom ist.

Das Ventil 28 kann zeitlich vor und/oder während des Aktivierens des Gasgenerators angesteuert und betätigt werden. Zum Beispiel ist es möglich, das Ventil vor Aktivieren des Gasgenerators vollständig oder teilweise zu öffnen, um damit die notwendige Flüssigkeitsmenge beim Aktivieren des Gasgenerators zur Verfügung zu stellen. Diese Menge hängt vor allem von dem Rückhaltesystem ab, das vom Gasgenerator mit Gas versorgt wird. Die Ventilstellung und damit die Durchströmöffnungen können aber auch während des Aktivieren des Gasgenerators verändert werden.

Soll die sogenannte Ventilhaltezeit, also die Zeit, bei der das Ventil eine bestimmte Stellung einnimmt, verkürzt werden, so ist auch ein sogenanntes Pulsen des Ventils möglich. Dies bedeutet, daß das Ventil in extrem kurzen Zeitabständen mehrfach geöffnet und wieder geschlossen wird, während Heißgas erzeugt wird. Durch das pulsende Ventil kann die gleiche Flüssigkeitsmenge in die Mischkammer eingeleitet werden, die auch bei einem teilweise geöffneten Ventil in die Mischkammer gelangt. Bei einem pulsenden Ventil ist jedoch das Abdichten der Teile des Ventils verbessert und vereinfacht, da kürzere Ventilhaltezeiten vorhanden sind.

Claims

1. Gasgenerator für ein Sicherheitssystem, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem,
mit einer mit Treibstoff (18) gefüllten Brennkammer (12), in der nach Zündung und Verbrennen des Treibstoffs (18) ein Heißgas erzeugt wird,
mit einer eine Flüssigkeit enthaltenden Flüssigkeitskammer (14) und
mit einer Mischkammer (16), in der Flüssigkeit und Heißgas gemischt werden,
gekennzeichnet durch mindestens ein Steuerventil (28), durch das die Flüssigkeit strömt und das die in die Mischkammer (16) einströmende Flüssigkeitsmenge steuert.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (28) an einem Auslaß der Flüssigkeitskammer (14) ange ordnet ist.

3. Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckkammer (15) vorgesehen ist, die durch einen Auspreß kolben von der Flüssigkeitskammer (14) getrennt ist, wobei das Steuerventil (28) so ausgebildet ist, daß es die in die Mischkammer (16) eintretende Flüssigkeitsmenge unabhängig von der Stellung des Auspreßkolbens steuert.

4. Gasgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung des Auspreßkolbens Heißgas in die Druckkammer (15) einge leitet wird.

5. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (28) ein Magnetventil ist.

6. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts der Flüssigkeitskammer (14) ein Flüssigkeitsleitrohr (22) angeordnet ist, in dessen Innerem die Flüssigkeit von der Flüssigkeitskammer (14) zur Mischkammer (16) geleitet wird, und daß das Steuerventil (28) zwischen Flüssigkeits leitrohr (22) und Flüssigkeitskammer (14) sitzt.

7. Gasgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil einen beweglichen Schieber (30) aufweist, der auf dem Flüssigkeitsleitrohr (22) sitzt.

8. Gasgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsleitrohr (22) Durchströmöffnungen (46) hat, die durch Verstellen des Schiebers (30) mehr oder weniger weit geöffnet werden können.

9. Gasgenerator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (30) ein auf dem Flüssigkeitsleitrohr (22) sitzendes rohrförmiges Teil (32) und ein radial dazu äußeres rohrförmiges Teil (36) hat, welches an eine Spule (42) angrenzt, wobei die beiden rohrförmigen Teile (32, 36) durch Rippen (34) miteinander verbunden sind.