DE19951672A1 - Hybrid-Gasgenerator mit verbessertem Öffnungsmechanismus - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Hybrid-Gasgenerator mit einer Anzündvorrichtung (1; 20), einer in einer Brennkammer (2; 21) angeordneten pyrotechnischen Feststoffladung (3; 22) und einem in einem mit einer Berstvorrichtung (4; 24) verschlossenen Behälter (5; 23) befindlichen Speichergas, bei dem die in den Behälter (5; 23) verschließende Bersteinrichtung (4; 24) durch eine Stützeinrichtung (6; 27) gegen den Behälterinnendruck abgestützt ist, wobei die Stützeinrichtung (6; 27) durch den von der pyrotechnischen Feststoffladung (3; 22) bei der Verbrennung entwickelten Druck zumindest teilweise zerstörbar und/oder bewegbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Gasgeneratoren, die zum Befüllen bzw. Aufblasen von Schutzkissen eingesetzt werden, wie sie z. B. in der Automobilindustrie als Airbags Verwendung finden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung sogenannte Hybrid-Gasgeneratoren, bei denen das zum Befüllen des Schutzkissens erforderliche Gasvolumen zumindest teilweise von einem in dem Hybrid-Gasgenerator unter hohem Druck gespeicherten Speichergas geliefert wird. In derartigen Hybrid- Gasgeneratoren ist üblicherweise eine pyrotechnische Feststoffladung enthalten. Diese Feststoffladung kann allgemein so ausgebildet sein, daß sie nur die nötige Energie zur Öffnung des Speichergas enthaltenden Behälters liefert. Sie kann jedoch auch so ausgebildet sein, daß die bei der pyrotechnischen Reaktion gebildeten Verbrennungsgase einen Volumenbeitrag zur Befüllung des Schutzkissens leisten.

Als Beispiel für einen Hybrid-Gasgenerator, bei dem ausschließlich die Verbrennungsgase der pyrotechnischen Feststoffladung durch eine Druckerhöhung eine Öffnung eines Speichergas enthaltenden Behälters bewirken, ist die US 5,516,144 zu nennen. Die in dieser vorgeschlagene Lösung ist allerdings darin nachteilig, daß sie eine außerordentliche Druckfestigkeit des gesamten Systems voraussetzt, weil ein befüllter Hybrid-Gasgenerator nicht nur dem Befülldruck standhalten muß, sondern auch höheren Drücken, wie sie z. B. durch besondere Hitzeeinwirkung, z. B. im Armaturenbereich durch Sonneneinstrahlung oder durch Feuereinwirkung, entstehen können. Der von der pyrotechnischen Feststoffladung zu erzeugende Druck zur Öffnung des Speicherbehälters muß daher größer sein als der Berstdruck bei den zuvor geschilderten Bedingungen. Darüber hinaus ist weiterer Aufwand hinsichtlich der druckfesten Gestaltung des offenbarten Hybrid-Gasgenerators oder zumindest wesentlicher Teile desselben erforderlich, weil der von der pyrotechnischen Feststoffladung zur Öffnung des Speicherbehälters erzeugte Druck gegen den von dem Speichergas auf die Öffnungseinrichtung, die durch eine zerstörbare Membran gebildet ist, ausgeübten Behälterinnendruck gerichtet ist.

Aus der DE 196 31 314 ist ein Hybrid-Gasgenerator bekannt, bei dem die Verbrennungsgase einer pyrotechnischen Feststoffladung einen beweglichen Kolben mit Druck beaufschlagen, so daß dieser die Öffnungseinrichtung eines Speichergas enthaltenden Behälters durchstößt. In seiner Endposition gibt der Kolben zum einen den Weg für die Verbrennungsgase in eine Mischkammer frei, zum anderen wird der Kolben selbst von dem Speichergas durchströmt, wobei das Speichergas ebenfalls in die Mischkammer mündet. Die heißen Verbrennungsgase vermischen sich in der Speicherkammer mit dem kalten Speichergas bevor sie zur Befüllung des Schutzkissen aus dem Hybrid-Gasgenerator ausströmen.

Aus der DE 197 25 475 A1 ist ein Hybrid-Gasgenerator bekannt, bei dem eine in einer Brennkammer angeordnete pyrotechnische Feststoffladung bei ihrer Verbrennung durch die dabei entstehenden Gase eine membranartige Wandung des das Speichergas enthaltenden Behälters an Sollbruchstellen öffnet und gleichzeitig einen innerhalb des Speicherbehälters angeordneten Kolben so mit Druck beaufschlagt, daß dieser an einer entgegengesetzten Wandung des Speicherbehälters eine weitere Öffnung zum Austritt des Gases in einen Diffusor öffnet. Weitere Verbrennungsgase strömen dann durch den Speicherbehälter hindurch und leisten ebenfalls einen Volumenbeitrag zur Befüllung des Schutzkissens. Diese Konstruktion ist insbesondere aufgrund der Anordnung des verschiebbaren Kolbens innerhalb des Speicherbehälters und der doppelwandigen Konstruktion des Hybrid-Gasgenerators sehr aufwendig, was wirtschaftlich von erheblichem Nachteil ist.

Eine weitere Variante eines Hybrid-Gasgenerators, dessen Speicherbehälter durch einen beweglichen Kolben geöffnet wird, ist aus der WO 98/28169 bekannt. Bei dem beschriebenen Hybrid-Gasgenerator wird wiederum ein Kolben durch die Verbrennungsgase einer pyrotechnischen Feststoffladung zum Öffnen einer Membran eines Speichergas enthaltenden Behälters eingesetzt. Bei der offenbarten Konstruktion ist insbesondere nachteilig, daß der Kolben aufwendig mit der die pyrotechnische Feststoffladung enthaltenden Brennkammer verbunden ist. Weiterhin ist die Brennkammer als separat in den Hybrid-Gasgenerator einsetzbares Element gestaltet. Zusätzlicher Aufwand wird bei der vorgeschlagenen Konstruktion dadurch erforderlich, daß die Verbrennungsgase nachdem sie den Kolben zur Öffnung der Membran des Speicherbehälters bewegt haben, durch diesen hindurch in den Speicherbehälter treten sollen, wobei gleichzeitig Gas aus dem Speicherbehälter in das Schutzkissen strömt. Durch diese konstruktive Ausgestaltung ist insbesondere ein Umströmungsraum erforderlich, der nach Öffnen der Membran des Speicherbehälters den Weg für die Verbrennungsgase durch den Kolben hindurch in den Speicherbehälter freigibt. Dies und auch die sichere Führung des Kolbens ist nur mit aufwendigen Maßnahmen sicherzustellen.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Hybrid-Gasgeneratoren weisen weiterhin allgemein den Nachteil auf, daß der Öffnungsmechanismus grundsätzlich gegen den von dem Speichergas auf den Speichergasbehälter ausgeübten Druck entgegenwirken muß. Die hierdurch bedingten konstruktiven Ausgestaltungen der aus dem Stand der Technik bekannten Hybrid-Gasgeneratoren führen allgemein dazu, daß diese konstruktionsbedingt mit einem erhöhten Gewicht hergestellt werden müssen und auch in ihrer Herstellung nicht besonders wirtschaftlich sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hybrid-Gasgenerator bereitzustellen, der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile möglichst weitgehend vermeidet, konstruktiv einfach gestaltet und in wirtschaftlicher Hinsicht günstig zu produzieren ist.

Die vorliegende Aufgabe wird durch einen Hybrid-Gasgenerator mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 1 gelöst. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 20.

Bei dem beanspruchten Hybrid-Gasgenerator, bei dem die den Behälter verschließende Bersteinrichtung durch eine Stützeinrichtung gegen den Behälterinnendruck abgestützt ist, ist die Stützeinrichtung so ausgebildet und angeordnet, daß diese durch den von der pyrotechnischen Feststoffladung bei der Verbrennung entwickelten Druck erfindungsgemäß zumindest teilweise zerstört und/oder bewegt wird. Kurzzeitig nach der Zündung der pyrotechnischen Feststoffladung ist somit die Stützeinrichtung soweit aus ihrer ursprünglichen Position bewegt oder soweit zerstört, daß die Bersteinrichtung nicht mehr gegen den von dem Speichergas auf den Behälter und somit auf die Bersteinrichtung ausgeübten Druck abgestützt ist. Da die Bersteinrichtung so ausgebildet ist, daß sie dem Behälterinnendruck nicht standhält, öffnet sich der Behälter allein aufgrund seines Innendrucks und das Speichergas tritt aus dem Hybrid- Gasgenerator aus und in den aufzufüllenden Schutzsack ein.

Die vorliegende Erfindung bietet besondere Vorteile gegenüber den bekannten Hybrid- Gasgeneratoren, da der erfindungsgemäße Hybrid-Gasgenerator technisch einfach aufgebaut und herzustellen ist, von geringerem Gewicht als herkömmliche Hybrid- Gasgeneratoren aus dem Stand der Technik und auch kostengünstiger zu produzieren ist.

Ein weiterer besonderer Vorteil liegt in einer Erhöhung des Speichergasdrucks im Speicherbehälter. Hierdurch steht bei gleichbleibendem Kaltgasbehältervolumen eine größere Kaltgasmenge zur Verfügung. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Kaltgasmenge in der Airbagtechnologie von wesentlicher Bedeutung in bezug auf die Airbagstandzeit und die Gastemperatur des von Generatoren gelieferten Gases ist. Bei gleichbleibender gelieferter Energiemenge eines Generators kann durch Erhöhung der Kaltgasmenge die pyrotechnische Feststoffladung reduziert werden. Zusätzlich ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Senkung des Brennraumdrucks, da eine weitgehende Entkoppelung des Brennraumdrucks von dem Speichergasdruck ermöglicht wird. Der Brennraumdruck kann erfindungsgemäß weitgehend unabhängig von der Höhe des Speichergasdrucks gesenkt werden, weil das Öffnen des Speichergasbehälters nicht mehr gegen dessen Innendruck erfolgen muß. Erfindungsgemäß kann daher auch die Konstruktion des pyrotechnischen Generatorteils vereinfacht werden, was in einer vorteilhaften Gewichts- und Volumenreduzierung zum Ausdruck kommt.

In einer besonderen Ausführungsform weist der das Speichergas enthaltende Behälter einen Boden mit einer darin angeordneten Öffnung für den Austritt des Speichergases auf, wobei die Bersteinrichtung durch eine mit dem Boden verbundene Membran gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, daß der Hybrid- Gasgenerator auf einfache Weise und mit einfachen Arbeitstechniken aus wenigen unterschiedlichen Teilen hergestellt werden kann.

Bei einer Fortbildung dieser Ausführungsform besteht die Bersteinrichtung aus einer mit dem Boden des Speichergasbehälters verschweißten Metallmembran, wodurch vorteilhafterweise der gasdichte Abschluß des Behälterinnenraums in Ausströmrichtung hergestellt wird. Dies ist vor allem deshalb möglich, weil sich Schweißnähte einfach und gasdicht ausbilden lassen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Bersteinrichtung mit einer ersten Schweißnaht mit dem Boden des Speichergasbehälters verbunden und mit einer zweiten Schweißnaht mit der Stützeinrichtung, wobei besonders bevorzugt ist, daß die erste und die zweite Schweißnaht jeweils einen durchgehenden und geschlossenen Verlauf aufweisen. Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerators im Bereich der Bersteinrichtung wird nach dem Einwirken der Verbrennungsgase der pyrotechnischen Feststoffladung auf die Stützeinrichtung ein Bruch der Bersteinrichtung innerhalb der ersten und der zweiten Schweißnaht befindlichen Fläche erzwungen. Hierdurch wird erreicht, daß beim Bruch der Bersteinrichtung, wenn überhaupt, sich nur eine äußerst geringe Anzahl an Partikeln von der Membran lösen und somit die Zahl eventueller Bruchstücke der Bersteinrichtung minimiert wird. Von besonderem Vorteil ist dabei auch, wenn die erste und die zweite Schweißnaht im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, da in diesem Fall von einer gleichmäßigen Kraftverteilung auf die Bersteinrichtung ausgegangen werden kann.

Zur Herabsetzung des Herstellungsaufwands und damit zur Steigung der Wirtschaftlichkeit kann es weiterhin von Vorteil sein, wenn die Bersteinrichtung eine Faltung aufweist, die in ihrem Verlauf im wesentlichen der Umfangslinie der Öffnung des Speichergasbehälters entspricht, da hierdurch eine größere Toleranz bei der Anpassung der Stützeinrichtung in die Öffnung des Bodens des Speicherbehälters ermöglicht wird. D. h. mit anderen Worten, die zur Behälterinnenseite weisende Oberfläche des Bodens des Speicherbehälters muß nicht genau mit dem behälterinnenseitigen Ende der Stützeinrichtung übereinstimmen. Bevorzugt ist dabei, daß die Faltung zwischen der ersten und der zweiten Schweißnaht angeordnet ist.

Es ist weiterhin vorgesehen, daß zumindest ein Teil der Stützeinrichtung eine Bohrung aufweist, welche mit in dem Hybrid-Gasgenerator angeordneten Ausströmöffnungen in kommunizierender Verbindung steht. Diese Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist als konstruktives Merkmal von besonderer Bedeutung, weil es in Zusammenhang mit der Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerators unter Extrembedingungen steht. Zur betriebssicheren Ausgestaltung eines Gasgenerators gehört grundsätzlich immer auch ein gefährdungstechnisch nicht zu beanstandendes Verhalten desselben, wenn Umgebungsbedingungen vorliegen, die zum Teil erheblich von den normalen Einsatzbedingungen abweichen. Hierzu gehört insbesondere ein kontrolliertes oder kontrollierbares Verhalten des Gasgenerators unter Einfluß von erhöhten Temperaturen, da ein Gasgenerator z. B. in einem Automobil aufgrund von Feuer oder aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses extremen Temperaturbedingungen ausgesetzt sein kann.

Für den Bereich der pyrotechnischen Feststoffladungen ist dieses Problem im wesentlichen als gelöst anzusehen, da diese aufgrund ihrer Zusammensetzung und aufgrund ihres Aufbaus bei Erreichen der Selbstentzündungstemperatur langsam und gleichermaßen "kontrolliert" abbrennen, so daß das durch die Verbrennung der pyrotechnischen Feststoffladung unter den genannten Bedingungen entstehende Verbrennungsgas in einem langsamen und allgemeinen auch kontinuierlichen Volumenstrom aus dem Generator entweicht ohne die Umgebung und insbesondere in der Umgebung befindliche Personen zu gefährden.

Damit auch von dem in dem Speichergasbehälter enthaltenen Speichergas des erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerators unter den genannten Extrembedingungen keine Gefährdung ausgeht, ist die Bersteinrichtung so ausgebildet, daß sie im Zusammenwirken mit der Stützeinrichtung nicht nur dem Befülldruck von bspw. 400 bar standhält, sondern auch einem höheren Druck (z. B. Prüfdruck bei der Befüllung) von z. B. 600 bar. Hierdurch ist eine gewisse thermische Belastbarkeit des Hybrid- Gasgenerators sichergestellt. Durch Feuereinwirkung kann jedoch der von dem Speichergas ausgeübte Behälterinnendruck über den vorgenannten Druckbereich hinaus steigen. Bei Überschreitung eines bestimmten kritischen Gasdrucks, der höher als der bereits erwähnte Prüfdruck ist (z. B. 800 bar), reißt die Membran im Bereich der Bohrung in der Stützeinrichtung. Dadurch strömt das Speichergas über die Bohrung aus dem Hybrid-Gasgenerator aus. Selbstverständlich kann die Druckbeständigkeit der Bersteinrichtung den gewünschten Druckbedingungen angepaßt werden und es ist durchaus möglich, niedrigere oder höhere als die angegebenen Drücke für die Befüllung, die Prüfung und das Öffnen der Bersteinrichtung vorzusehen, solange die Bersteinrichtung vor Erreichen des Behälterberstdrucks öffnet. Hierdurch wird die Integrität des Behälters bewahrt und eine Fragmentierung mit der daraus resultierenden Gefahr für in der Umgebung des Hybrid-Gasgenerators befindliche Personen vermieden.

Der Behälter zur Aufnahme des Speichergases weist weiterhin bevorzugt eine Befüllöffnung auf, die nach der Befüllung mit Speichergas mit einem Schweißverschluß verschließbar ist. Diese Art des Verschlusses des Behälters nach dem Befüllen mit Speichergas ist besonders einfach handzuhaben und gewährt darüber hinaus Sicherheit gegen Manipulationen, wie sie bei der Befüllung über ein Ventil und dem Verschluß mittels bspw. einer Verschraubung nicht gegeben wäre.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Hybrid-Gasgenerator einen mit Ausströmöffnung versehenen Zwischenraum auf, der zwischen der die pyrotechnische Feststoffladung enthaltenden Brennkammer und dem Behälter für das Speichergas angeordnet ist. In diesem Zwischenraum treffen nach Auslösen des Hybrid-Gasgenerators die Verbrennungsgase und das Speichergas aufeinander und durchmischen sich. Hierdurch kommt es zu einem Temperaturausgleich zwischen Verbrennungsgasen und Speichergas und eine Beschädigung oder Zerstörung des aufzublasenden Schutzkissens oder die Verletzung von mit dem Schutzkissen in Kontakt kommenden Personen durch das direkte Eintreten der heißen Verbrennungsgase in das Schutzkissen werden sicher vermieden.

Zur Steigerung der Sicherheit und insbesondere auch der Vermeidung des Austritts heißer Feststoffpartikel und gegebenenfalls abgelöster Partikel der Bersteinrichtung, letzteres insbesondere bei dem Bersten der Bersteinrichtung aufgrund eines erhöhten Behälterinnendrucks, sind vor den Ausströmöffnungen vorzugsweise Partikelfilter angeordnet.

Bei einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht die Stützeinrichtung aus einem bewegbaren Stützkolben und einem Stützrohr, das eine mit Sollbruchstellen versehene Sollbruchwand aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist zumindest das Stützrohr in dem Zwischenraum zwischen der Brennkammer und dem Behälter für das Speichergas angordnet und der Innenraum des Stützrohrs ist mit der Brennkammer verbunden. Durch diese Ausgestaltung wird das Innere des Stützrohres bei Zündung der pyrotechnischen Feststoffladung durch die dabei entstehenden Verbrennungsgase mit Druck beaufschlagt wodurch sich die Sollbruchwand an den Sollbruchstellen vom Stützrohr löst. Hierdurch verliert der mit der Bersteinrichtung in Kontakt stehende oder mit derselben verbundene Stützkolben sein Auflager und bewegt sich zusammen mit zumindest einem Teil der Bersteinrichtung aufgrund des Behälterinnendrucks von dem Behälterinneren fort. Dabei treten gleichzeitig Verbrennungsgase aus der Brennkammer und Speichergas aus dem Behälter in den Zwischenraum, wo sie sich vermischen bevor sie den Hybrid-Gasgenerator durch die vorgesehenen Ausströmöffnungen zur Befüllung des Schutzkissens verlassen.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Stützeinrichtung aus einem in Richtung der Druckbeaufschlagung der Membran durch das Speichergas verschiebbaren Kolben gebildet. Es ist dabei bevorzugt, wenn der Kolben mittels einer lösbaren Halteeinrichtung in einer ersten Position festlegbar ist, wobei die Halteeinrichtung weiter bevorzugt von Haltebolzen mit einer festgelegten bzw. definierten Scherbeanspruchung gebildet ist.

Bei einer besonders zweckmäßigen Konstruktion dieser Ausführungsform weist der die Stützeinrichtung bildende Kolben eine Basis auf, auf die die Halteeinrichtung einwirkt und die gegenüber dem verbleibenden Bereich des Kolbens einen vergrößerten Querschnitt aufweist. Es ist weiterhin bevorzugt, daß der Kolben eine axial verlaufende Bohrung und wenigstens eine laterale Öffnung aufweist, wobei die Bohrung und die laterale Öffnung in kommunizierender Verbindung stehen. In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der vorliegenden Ausführungsform weist die Brennkammer Öffnungen zum Austritt der Verbrennungsgase auf, an die sich in Strömungsrichtung ein Zwischenraum zwischen Gasgeneratorwand und Führungsraum für die Stützeinrichtung anschließt, wobei an der Wandung des Führungsraums für die Stützeinrichtung Öffnungen zum Eintritt der Verbrennungsgase zur Druckbeaufschlagung der Basis der Stützeinrichtung angeordnet sind. Hierdurch ist es auf einfache Art und Weise möglich die Stützeinrichtung so einer Druckbeaufschlagung durch die Verbrennungsgase auszusetzen, daß die Stützeinrichtung sicher von der Bersteinrichtung weg bewegt wird, d. h. eine exakte Führung des Kolbens erfolgen kann und der konstruktive Aufwand überschaubar bleibt.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die von dem Kolben zur Freigabe des Strömungswegs für die Verbrennungsgase in einen Zwischenraum zurückzulegende Strecke größer als die Strecke zur Freigabe des Strömungswegs des Speichergases in den Zwischenraum, wodurch sichergestellt ist, daß in der vorliegenden Ausführungsform zunächst das kalte Speichergas in den Zwischenraum eintritt und zeitlich gesehen danach die Verbrennungsgase. Dies bewirkt, daß die in das aufzublasende Schutzkissen eintretenden Gase grundsätzlich von einer niedrigeren Temperatur sind als die Verbrennungsgase. Somit wird eine Beschädigung des Schutzkissens oder eine Verletzung von Personen durch heiße Verbrennungsgase sicher vermieden.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Gasgenerator in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gasgenerator gemäß Fig. 1 in Richtung A-A;

Fig. 3 einen weiteren Querschnitt durch einen Gasgenerator gemäß Fig. 1, jedoch in Richtung B-B;

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der den Speicherbehälter verschließenden Bersteinrichtung zusammen mit der Stützeinrichtung;

Fig. 5 den Strömungsverlauf der Verbrennungsgase und des Speichergases nach erfolgter Zündung der pyrotechnischen Feststoffladung;

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Gasgenerator in einer Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 5, bei dem die Stützeinrichtung durch Druckbeaufschlagung mit Verbrennungsgasen zur Öffnung der Bersteinrichtung betätigt wurde (in Blickrichtung A-A);

Fig. 7 Detaildarstellung der Funktion der Kombination der Bersteinrichtung und der Stützeinrichtung gemäß der Ausführungsform der Fig. 1 bis 5 in der Funktion als Überdrucksicherung;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Hybrid- Gasgenerator in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 9 einen Querschnitt durch den Gasgenerator gemäß Fig. 8 in Blickrichtung A-A;

Fig. 10 eine Ausschnittdarstellung der Bersteinrichtung und der Stützeinrichtung des Gasgenerators in der Ausführungsform gemäß Fig. 8;

Fig. 11 eine Darstellung gemäß Fig. 10, wobei die Bersteinrichtung in einer anderen Ausführungsform gestaltet ist;

Fig. 12 einen Längsschnitt durch einen Gasgenerator in einer Ausführungsform gemäß Fig. 8 nach Betätigung der Stützeinrichtung durch Druckbeaufschlagung mit Verbrennungsgasen;

Fig. 13 eine Detailansicht der Bersteinrichtung und der Stützeinrichtung eines erfindungsgemäßen Gasgenerators in einer Ausführungsform gemäß den Fig. 8 bis 12, in der Funktion als Überdrucksicherung.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerator, in einer ersten Ausführungsform der eine Anzündvorrichtung 1, eine in einer Brennkammer 2 angeordnete pyrotechnische Feststoffladung 3 und einen mit einer Berstvorrichtung 4 verschlossenen Behälter 5 aufweist, in dem üblicherweise bei einem vollständig beladenen Hybrid-Gasgenerator das Speichergas enthalten ist. Erfindungsgemäß ist die den Behälter 5 verschließende Bersteinrichtung 4 durch eine Stützeinrichtung 6a, b gegen den Behälterinnendruck abgestützt. Die Stützeinrichtung 6a, b ist dabei so ausgestaltet, daß sie durch den bei der Verbrennung der pyrotechnischen Feststoffladung 3 entwickelten Druck zumindest teilweise zerstörbar und/oder bewegbar ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Stützeinrichtung 6a, b durch zwei voneinander unabhängige Teile 6a und 6b gebildet.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerators gemäß Fig. 1 dargestellt. Die Ansicht erfolgt in Richtung A-A in Fig. 1, d. h. quer durch einen Zwischenraum 7, der zwischen der Brennkammer 2 und dem Behälter 5 angeordnet ist, mit Blickrichtung auf den Behälter 5. Es ist dabei ersichtlich, daß der erste Teil der Stützeinrichtung 6a in der dargestellten Ausführungsform einen Hohlraum 8 aufweist, der von einer "D"-förmigen Wandung umschlossen ist. Sollbruchstellen 10 begrenzen eine Sollbruchwand 11, die sich bei Druckbeaufschlagung mit Verbrennungsgasen an den Sollbruchstellen 10 von dem Rest der "D"-förmigen Wandung löst. In der dargestellten Ausführungsform stützt die Sollbruchwand 11 das zweite Teil der Stützeinrichtung 6b, in dem eine zentrale Bohrung angeordnet ist. In Fig. 2 sind weiterhin Gasaustrittsöffnungen 13, die Gehäusewand des Hybrid-Gasgenerators 14 und ein bevorzugt im Zwischenraum 7 angeordneter Partikelfilter 15 zur Vermeidung des Austritts von heißen Partikeln aus dem Gasgenerator dargestellt.

Der in Blickrichtung B-B in Fig. 1 dargestellte Querschnitt in Fig. 3 zeigt, daß die den Zwischenraum 7 mit der Brennkammer 2 verbindende Öffnung 16 praktisch die gesamte Grundfläche des ersten Teils 6a der Stützeinrichtung einnimmt. Hierdurch wird ermöglicht, daß ein wesentlich größerer Volumenstrom an Verbrennungsgasen in das Innere des ersten Teils 6a der Stützeinrichtung eintritt als aus dieser durch die Bohrung im zweiten Teil 6b der Stützeinrichtung heraustritt. Hierdurch wird ein ausreichend großer Druckaufbau im Inneren des ersten Teils 6a der Stützeinrichtung ermöglicht, um ein Heraustrennen der Sollbruchwand 11 an den Sollbruchstellen 10 sicher zu gewährleisten.

Der in Fig. 4 dargestellte Ausschnitt zeigt einen Teil des ersten Teils 6a der Stützeinrichtung sowie das zweite Teil 6b der Stützeinrichtung. Die Bersteinrichtung 4 ist in dieser Ausführungsform durch eine Metallmembran gebildet, die mit den Schweißnähten 17 mit dem Boden 18 des Behälters 5 und dem zweiten Teil 6b der Stützeinrichtung verbunden ist.

In den Fig. 5 und 6 ist der Strömungsverlauf sowie die Anordnung bestimmter Teile des erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerators nach seiner Inbetriebnahme dargestellt.

Zunächst wird die pyrotechnische Feststoffladung 3 in der Brennkammer 2 durch die Anzündvorrichtung 1 gezündet. Hierdurch entwickeln sich Verbrennungsgase, die durch die Öffnung 16 in den Innenraum des ersten Teils 6a der Stützeinrichtung eintreten. Dieser erste Teil 6a der Stützeinrichtung kann jeden geeigneten Querschnitt aufweisen und ist nicht notwendigerweise "D"-förmig. Ein runder oder quadratischer Querschnitt ist z. B. ebenfalls möglich. Durch den Druckanstieg im Inneren des ersten Teils 6a der Stützeinrichtung wird die Sollbruchwand 11 an den Sollbruchstellen 10 vom verbleibenden Teil des ersten Teils 6a der Stützeinrichtung getrennt und in einen Randbereich des Zwischenraums 7 bewegt. Da nun das Widerlager für den zweiten Teil 6b der Stützeinrichtung fehlt, reicht der Innendruck des mit Speichergas gefüllten Behälters 5, um die Bersteinrichtung 4 zu zerstören. Durch die in Fig. 4 dargestellte feste Verbindung zwischen der Bersteinrichtung 4 und dem zweiten Teil 6b der Stützeinrichtung wird das Reißen der Bersteinrichtung im Bereich zwischen dem Boden 18 des Behälters und dem zweiten Teil 6b der Stützeinrichtung erzwungen, so daß der zweite Teil 6b der Stützeinrichtung zusammen mit dem an dieser befestigten Teil der Bersteinrichtung in den Zwischenraum 7 bewegt wird. Nunmehr vermischen sich das Speichergas und die Verbrennungsgase in dem Zwischenraum 7 bevor sie durch die Partikelfilter 15 und die Austrittsöffnungen 13 in gemischter Form hinaustreten.

Fig. 7 zeigt in einem Ausschnitt eine schematische Darstellung des Strömungsverlaufs, wenn die erfindungsgemäße Bersteinrichtung als Überdruckventil fungiert. Die mit dem Boden 18 des Behälters 5 und dem zweiten Teil 6b der Stützeinrichtung verbundene Bersteinrichtung 4 hält dem Behälterinnendruck bis zu einem praktisch beliebig festlegbaren Druck stand. Bei Überschreiten dieses Drucks, z. B. 800 bar, reißt die Bersteinrichtung 4 im Bereich der Bohrung des zweiten Teils 6b der Stützeinrichtung, so daß das im Behälter 5 befindliche Speichergas durch die Bohrung des zweiten Teils 6b der Stützeinrichtung in den Zwischenraum 7 strömt und durch die Ausströmöffnungen 19 den Gasgenerator verläßt. Hierdurch ist ein kontrollierter Abbau eines Überdrucks im Behälter 5 sicher gewährleistet.

Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators ist in einem Längsschnitt in Fig. 8 dargestellt. Auch bei dieser Ausführungsform dient eine Anzündvorrichtung 20 zum Entzünden einer in einer Brennkammer 21 enthaltenen pyrotechnischen Feststoffladung 22. Der erfindungsgemäße Hybrid-Gasgenerator weist in der vorliegenden Ausführungsform auch einen Behälter 23 auf, in dem Speichergas enthalten ist. Dieser Behälter 23 ist mit einer Berstvorrichtung 24 verschlossen. Ebenso wie in der zuvor geschilderten Ausführungsform möglich weist der Behälter 23 eine Befüllöffnung 25 auf, die bevorzugt nach dem Befüllen durch einen Schweißverschluß 26 verschlossen ist.

In der vorliegenden Ausführungsform stützt eine einteilig ausgebildete Stützeinrichtung 27 die Berstvorrichtung gegen den Behälterinnendruck ab. Die Stützeinrichtung 27 ist dabei aus einem verschiebbaren Kolben 28 mit einer im Querschnitt gegenüber dem Kolben 28 vergrößerten Basis 29 gebildet. Die Basis 29 ist von einer Wandung 30 mit Einströmöffnungen 31 für die Verbrennungsgase der pyrotechnischen Feststoffladung 22 umschlossen. Eine von Bolzen 32 gebildete Halteeinrichtung greift in die Basis 29 und hält die Stützeinrichtung 27 gegen den Innendruck des Behälters 23 in Position.

Zwischen der Brennkammer 21 und dem Behälter 23 ist ein Zwischenraum 33 mit Gasaustrittsöffnungen 34 angeordnet. Partikelfilter 35 verhindern den Austritt von partikulären Verbrennungsrückständen sowie von Fragmenten der Bersteinrichtung. Eine den Zwischenraum 33 begrenzende Wand 36 ist gleichzeitig als Führung für den verschiebbaren Kolben 28 ausgebildet.

Der in Fig. 9 dargestellte Querschnitt des Hybrid-Gasgenerators gemäß Fig. 8 zeigt eine Ansicht gemäß Blickrichtung A-A in Fig. 8. In dieser Darstellung weist das Gehäuse 37 des Hybrid-Gasgenerators Gasaustrittsöffnungen 34 auf. Die Innenseite des Gehäuses ist mit einem Partikelfilter 35 ausgekleidet. Zentral angeordnet ist die Stützeinrichtung 27 zur Abstützung der Berstvorrichtung 24 gegen den Innendruck des Behälters 23. Die Stützeinrichtung weist in dem dargestellten Bereich eine zentrale Bohrung 38 auf.

In den Fig. 10 und 11 ist jeweils der Boden 39 des Behälters 23 mit der darin angeordneten und durch die Berstvorrichtung 24 verschlossenen Ausströmöffnung für das Speichergas dargestellt. Den Figuren ist zu entnehmen, daß der zwischenraumseitige Bereich 40 der Ausströmöffnung einen gegenüber dem behälterseitigen Bereich vergrößerten Durchmesser aufweist. Der Behälter 23 ist in den Fig. 10 und 11 weiterhin durch eine Berstvorrichtung 24 verschlossen, die jeweils von einer Metallmembran gebildet wird. In Fig. 10 ist diese Metallmembran jeweils mit dem Boden 39 des Behälters 23 und der Stützeinrichtung 27 verbunden, so daß bei einer Bewegung der Stützeinrichtung 27, die aufgrund einer Druckbeaufschlagung der Basis 29 mit Verbrennungsgasen erfolgt, ein Reißen der Berstvorrichtung 24 im Bereich zwischen den Verbindungen der Berstvorrichtung 24 mit dem Boden 39 und der Stützeinrichtung 27 erzwungen wird. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Entstehung loser Bruchstücke beim Zerreißen der Berstvorrichtung 24 minimiert. Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform weist die Berstvorrichtung 24 eine Faltung auf, die größere Toleranzen bei der Anpassung der Stützeinrichtung 27 in den Boden 39 des Behälters 23 ermöglicht. Beiden Figuren ist weiterhin zu entnehmen, daß die Stützeinrichtung 27 in dem dargestellten Bereich eine zentrale Bohrung und seitliche Öffnungen aufweist.

Der in Fig. 12 dargestellte Strömungsverlauf nach dem Auslösen der pyrotechnischen Feststoffladung zeigt, daß in der Stützeinrichtung 27 Langlöcher ausgebildet sind, die ein Durchströmen der Stützeinrichtung mit den Verbrennungsgasen ermöglichen. Nach Zündung der pyrotechnischen Feststoffladung 22 strömen die Verbrennungsgase aus der Brennkammer 21 zu Druckbeaufschlagung der Basis 29 durch die Einströmöffnungen 31. Der bei der Verbrennung der pyrotechnischen Feststoffladung 22 entstehende Gasdruck ist so bemessen, daß die Bolzen 32 abgeschert werden und sich die Stützeinrichtung 27 in Richtung auf die Brennkammer 21 bewegt. Hierdurch wird die Berstvorrichtung 24 zerstört und sowohl Verbrennungsgase als auch Speichergas strömen über den Zwischenraum 33 durch den Partikelfilter 35 und die Gasaustrittsöffnungen 34 aus dem Hybrid-Gasgenerator heraus. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Stützeinrichtung 27 so ausgestaltet, daß im Bereich des Kolbens die Strecke S2 größer ist als die Strecke S1, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Hierdurch wird sichergestellt, daß zunächst auf Umgebungstemperatur befindliches Speichergas in den Zwischenraum 33 einströmt und erst danach ein Einströmen der heißen Verbrennungsgase in diesem Zwischenraum 33 erfolgt. Dies bedingt, daß die Temperatur der Verbrennungsgase durch die Mischung mit dem Speichergas vor dem Eintritt in den zu füllenden Luftsack herabgesetzt wird. Eine Beschädigung des zu füllenden Luftsacks durch heiße Verbrennungsgase oder die Verletzung von Personen kann hierdurch sicher vermieden werden.

Die ausführliche Darstellung in Fig. 13 zeigt schließlich die Funktion der Bersteinrichtung als Überdruckventil. Ähnlich wie bei der in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsform reißt die Berstvorrichtung 24, wenn der Behälterinnendruck einen bestimmten festgelegten Wert überschreitet. Die Zerstörung der Berstvorrichtung 24 erfolgt dann im Bereich der zentralen Bohrung 38 in der Stützeinrichtung 27. Durch die in diesem Bereich vorgesehenen seitlichen Öffnungen in der Stützeinrichtung 27 strömt das Speichergas dann in den Zwischenraum 33 und weiter über die Gasaustrittsöffnungen 34 aus dem Hybrid-Gasgenerator heraus. Hierdurch ist eine kontrollierte Abgabe des Speichergases bei einem Innendruck des Behälters 23, der eine bestimmte Grenze überschreitet, gewährleistet.

Claims (20)

1. Hybrid-Gasgenerator mit einer Anzündvorrichtung (1; 20), einer in einer Brennkammer (2; 21) angeordneten pyrotechnischen Feststoffladung (3; 22) und einem in einem mit einer Berstvorrichtung (4; 24) verschlossenen Behälter (5; 23) befindlichen Speichergas dadurch gekennzeichnet, daß die den Behälter (5; 23) verschließende Bersteinrichtung (4; 24) durch eine Stützeinrichtung (6; 27) gegen den Behälterinnendruck abgestützt ist, wobei die Stützeinrichtung (6; 27) durch den von der pyrotechnischen Feststoffladung (3; 22) bei der Verbrennung entwickelten Druck zumindest teilweise zerstörbar und/oder bewegbar ist.

2. Hybrid-Gasgenerator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (5; 23) einen Boden (18; 39) mit einer darin angeordneten Öffnung für den Austritt des Speichergases aufweist, wobei die Bersteinrichtung (4; 24) durch eine mit dem Boden (18; 39) verbundene Membran gebildet ist.

3. Hybrid-Gasgenerator gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bersteinrichtung (4; 24) durch eine mit dem Boden (18; 39) verschweißte Metallmembran gebildet ist.

4. Hybrid-Gasgenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bersteinrichtung (4; 24) mit einer ersten Schweißnaht (17) mit dem Boden (18; 39) verbunden ist und mit einer zweiten Schweißnaht (17) mit der Stützeinrichtung (6b; 27).

5. Hybrid-Gasgenerator gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schweißnaht (17) und die zweite Schweißnaht (17) jeweils einen durchgehenden und in sich geschlossenen Verlauf aufweisen.

6. Hybrid-Gasgenerator gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schweißnaht (17) und die zweite Schweißnaht (17) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

7. Hybrid-Gasgenerator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bersteinrichtung (4; 24) eine Faltung aufweist, die in ihrem Verlauf im wesentlichen der Umfangslinie der Öffnung im Boden (18; 39) entspricht.

8. Hybrid-Gasgenerator gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltung zwischen der ersten und der zweiten Schweißnaht (17) angeordnet ist.

9. Hybrid-Gasgenerator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil (6b) der Stützeinrichtung (6; 27) eine Bohrung aufweist, welche mit in dem Hybrid-Gasgenerator angeordneten Ausströmöffnungen (13; 34) in kommunizierender Verbindung steht.

10. Hybrid-Gasgenerator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (5; 23) eine Füllöffnung (25) aufweist, die nach der Befüllung mit Speichergas mit einem Schweißverschluß (26) verschließbar ist.

11. Hybrid-Gasgenerator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Brennkammer (2; 21) und Behälter (5; 23) ein mit Ausströmöffnungen (13; 34) versehener Zwischenraum (7; 33) angeordnet ist.

12. Hybrid-Gasgenerator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsverlauf der aus dem Hybrid-Gasgenerator austretenden Gase vor den Ausströmöffnungen (13; 34) Filter (15; 35) angeordnet sind.

13. Hybrid-Gasgenerator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung (6) aus einem bewegbaren Stützkolben (6b) und einem Stützrohr (6a) mit einer mit Sollbruchstellen (10) versehenen Sollbruchwand (11) besteht, wobei zumindest das Stützrohr (6a) in dem Zwischenraum (7) angeordnet ist und der Innenraum des Stützrohrs (8) über eine Öffnung (16) mit der Brennkammer (2) verbunden ist.

14. Hybrid-Gasgenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung (27) aus einem in Richtung der Druckbeaufschlagung der Membran (24) durch das Speichergas verschiebbaren Kolben gebildet ist.

15. Hybrid-Gasgenerator gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mittels einer lösbaren Halteeinrichtung (32) in einer ersten Position festlegbar ist.

16. Hybrid-Gasgenerator gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (32) von Haltebolzen mit festgelegter Scherbeanspruchbarkeit gebildet ist.

17. Hybrid-Gasgenerator gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der die Stützeinrichtung (27) bildende Kolben eine Basis (29) aufweist, auf die die Halteeinrichtung (32) einwirkt und die gegenüber dem verbleibenden Bereich des Kolbens einen vergrößerten Querschnitt aufweist.

18. Hybrid-Gasgenerator gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben eine axial verlaufende Bohrung (38) und wenigstens eine laterale Öffnung aufweist.

19. Hybrid-Gasgenerator gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2; 21) wenigstens eine Öffnung zum Austritt der Verbrennungsgase aufweist, an die sich in Strömungsrichtung ein Zwischenraum zwischen Gasgeneratorwand (37) und Führungsraum für die Stützeinrichtung anschließt, wobei an der Wandung (30) des Führungsraums für die Stützeinrichtung (27) Öffnungen (31) zum Eintritt der Verbrennungsgase zur Druckbeaufschlagung der Basis (29) der Stützeinrichtung (27) angeordnet sind.

20. Hybrid-Gasgenerator gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Kolben zur Freigabe des Strömungswegs für die Verbrennungsgase in einen Zwischenraum (33) zurückzulegende Strecke (S2) größer als die Strecke (S1) zur Freigabe des Strömungswegs des Speichergases in dem Zwischenraum (33) ist.