-
Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator
zur Verwendung in einer Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuge, mit einem Gehäuse, und
einem in dem Gehäuse
enthaltenen Treibstoff zur Erzeugung eines unter Druck stehenden
Fluids, wobei das Gehäuse ein
erstes Gehäuseteil
mit einem Deckelabschnitt und ein zweites Gehäuseteil aufweist, das wenigstens
teilweise von dem ersten Gehäuseteil
umgeben ist, sowie ein drittes Gehäuseteil mit einem Bodenabschnitt,
an dem sich das zweite Gehäuseteil
abstützt, wobei
das erste und das dritte Gehäuseteil
fest miteinander verbunden sind, und wobei das erste und das zweite
Gehäuseteil
unter Einwirkung des unter Druck stehenden Fluids von einem Ausgangszustand,
in dem sie abschnittsweise aneinander anliegen, in einen Betriebszustand
beweglich sind, in dem sie voneinander beabstandet sind und eine Überströmöffnung für das Fluid
ausbilden.
-
Ein derartiger Gasgenerator ist z.B.
in der
US 6,142,515 beschrieben.
Diese Gasgeneratoren werden in Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystemen
verwendet, um beispielsweise Airbags aufzublasen oder Gurtstraffer
zu aktivieren. Stellt ein Sensor fest, daß ungewöhnliche Beschleunigungswerte
vorliegen oder detektiert er einen Unfall, so erfolgt die Zündung eines
Treibstoffs, wodurch ein unter Druck stehendes Fluid freigesetzt
wird. Das Gehäuse
des Gasgenerators ist in Abhängigkeit
vom Druck des freigesetzten Fluids deformierbar, wobei sich die
Gehäuseteile
abhängig
vom Druck des Fluids gegeneinander verschieben und eine Überströmöffnung in
Form eines Ringspalts freigeben. Der Strömungsquerschnitt der Überströmöffnung nimmt
mit steigendem Druck des Fluids zu und der Fluidstrom fließt im wesentlichen vollständig durch
die Überströmöffnung.
-
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe,
das Ausströmverhalten
eines derartigen Gasgenerators zu optimieren. Dies wird bei einem
Gasgenerator der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß zwischen
dem zweiten und dem dritten Gehäuseteil
ein elastisches Zwischenelement angeordnet ist, welches das zweite
Gehäuseteil
im Ausgangszustand am Deckelabschnitt festlegt und im Betriebszustand eine
Bewegung des zweiten Gehäuseteils
relativ zum ersten Gehäuseteil
unter Ausbildung der Überströmöffnung mit
einem druckabhängig
variablen Strömungsquerschnitt
ermöglicht.
Dies hat zur Folge, daß das
elastische Zwischenelement zwischen dem zweiten und dem dritten
Gehäuseteil
durch den sich nach der Aktivierung des Gasgenerators aufgebauten
Innendruck eine axiale Bewegung des zweiten Gehäuseteils nach unten in Richtung
auf den Bodenabschnitt hin erlaubt. Bei Gasgeneratoren mit einem verformbaren
Deckelabschnitt wird somit unter sonst gleichen Umgebungsbedingungen
die am entgegengesetzten oberen Ende des zweiten Gehäuseteils ausgebildete Überströmöffnung größer sein
als im Falle eines starr auf dem Bodenabschnitt des dritten Gehäuseteils
gelagerten zweiten Gehäuseteils.
Die Gasgeneratorleistung ist daher wesentlich verbessert.
-
Bevorzugt ist das elastische Zwischenelement
bei niedrigeren Temperaturen härter
als bei höheren
Temperaturen, was dazu führt,
daß das
zweite Gehäuseteil
bei höheren
Umgebungstemperaturen stärker
nach unten ausweichen kann als bei niedrigeren Temperaturen, womit
der Strömungsquerschnitt der Überströmöffnung bei
höheren
Temperaturen stärker
zunehmen kann als bei niedrigeren Temperaturen. Dadurch kann sich
auch bei niedrigen Temperaturen ein hoher Innendruck in dem Gasgeneratorgehäuse aufbauen,
während
bei hohen Temperaturen durch den dann höheren Strömungsquerschnitt der Überströmöffnung ein
zu starker Anstieg des Innendrucks nach Aktivierung des Gasgenerators
vermieden wird. Dies ist insbesondere deshalb von Bedeutung, weil
die Abbrandgeschwindigkeit der Gasgeneratortreibstoffe im allgemeinen
druckabhängig ist,
und der Kammerinnendruck mit der Umgebungstemperatur zunimmt. Im
Ergebnis bewirkt die Erfindung also, daß der Innendruck des Gasgenerators stärker von
der Umgebungstemperatur entkoppelt werden kann.
-
Bei den bekannten Gasgeneratoren
mit verformbarem Diffusor- bzw. Deckelabschnitt, die einen druckabhängig variablen
Strömungsquerschnitt
ausbilden, ermöglicht
die Erfindung also eine Verringerung der Streuung der Gasgeneratorleistung
bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen. Darüber hinaus stellt die Erfindung
aber auch ein neues Funktionsprinzip bereit, da die Ausbildung des
druckabhängig
variablen Strömungsquerschnitts
allein durch das elastische Zwischenelement erreicht werden kann.
Damit kann aber der Diffusor- bzw.
Deckelabschnitt wesentlich variabler gestaltet werden, da dessen
Materialeigenschaften nicht mehr im Hinblick auf die Verformbarkeit
optimiert werden müssen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das elastische Zwischenelement so ausgelegt, daß der Strömungsquerschnitt
der Uberströmöffnung bei einer
Temperatur des elastischen Zwischenelements von -35°C minimal
und bei einer Temperatur des elastischen Zwischenelements von +85°C maximal vergrößert ist.
Besonders bevorzugt ist, wenn das elastische Zwischenelement aus
einem elastomeren Kunststoff mit einer temperaturabhängigen Elastizität besteht.
Unter diesen Bedingungen öffnet
die Überströmöffnung nach
Aktivierung des Gasgenerators bei niedrigen Umgebungstemperaturen,
etwa kurz nach der Inbetriebnahme des Fahrzeugs im Winter, nur wenig
mehr als bei starrer Lagerung des zweiten Gehäuseteils am dritten Gehäuseteil.
Bei hohen Temperaturen, etwa im Sommer, ist die Vergrößerung der Überströmöffnung nach
Aktivierung des Gasgenerators gegenüber einer starren Lagerung des
zweiten Gehäuseteils
am dritten Gehäuseteil hingegen
maximal.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels
mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen. In diesen zeigen:
-
1 eine
Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gasgenerators in einer
ersten Ausführungsform;
-
2 eine
Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators
im Ausgangszustand vor Aktivierung des Gasgenerators; und
-
3 eine
Schnittansicht der zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators
im Betriebszustand nach Aktivierung des Gasgenerators.
-
In den Figuren ist ein Gasgenerator
10 gezeigt,
der im Aufbau im wesentlichen dem in der
US 6,142,515 beschriebenen Gasgenerator
entspricht.
-
Die Figuren zeigen den Gasgenerator 10 mit einer
zentralen Zünderkammer 12,
die von einer Zünderkammerwand 14 umschlossen
ist und in der sich ein Zünder 16 befindet.
Alternativ kann die Zünderkammer 12 auch
zwei separate Zünder
aufweisen. Über
dem Zünder 16 ist
eine an der Zünderkammerwand 14 verschiebbare
Kappe 18 angeordnet. In der Zünderkammerwand 14 der
Zünderkammer 12 befinden
sich Kanäle 20,
von denen hier nur zwei dargestellt sind. Die Kanäle 20 stellen
eine Verbindung zwischen der Zünderkammer 12 und
einer Treibstoffkammer 22 her. In der Zünderkammer 12 und
in der Treibstoffkammer 22 befindet sich Treibstoff 24, 26. Die
Zünderkammerwand 14 ist
bevorzugt einstückig mit
einem Zünderflansch 28 verbunden,
in dem der Zünder 16 befestigt
ist. Der Zünder 16 und
die Kammern 12, 22 werden von einem mehrteiligen
Gehäuse 30 umschlossen.
-
Das Gehäuse 30 ist im wesentlichen
aus drei Gehäuseteilen 32, 34, 36 aufgebaut.
Das erste glockenförmige
Gehäuseteil 32 umfaßt einen
Deckelabschnitt 38, einen den Generator umfangsmäßig begrenzenden
Wandabschnitt 40 mit Gasaustrittsöffnungen 41 und einen
Flanschabschnitt 42, der zur Befestigung des Gasgenerators 10 an
einem (nicht dargestellten) Generatorträger dienen kann.
-
Das zweite Gehäuseteil 34 ist im
wesentlichen ein Zylinderring, der die Treibstoffkammer 22 umfangsmäßig begrenzt,
mit einer sich radial nach innen erstreckenden unteren Wand 43.
In einem Endabschnitt 44, den es an seinem dem ersten Gehäuseteil 32 zugewandten
Ende ausbildet, liegt das zweite Gehäuseteil 34 im Ausgangszustand
(1 und 2) dicht am Deckelabschnitt 38 an,
während
im Betrieb des Gasgenerators 10 zwischen dem Endabschnitt 44 und
dem Deckelabschnitt 38 eine Überströmöffnung 46 ausgebildet
ist (3). Zwischen dem
das zweite Gehäuseteil 34 umgebenden
Wandabschnitt 40 des ersten Gehäuseteils 32 und dem
zweiten Gehäuseteil 34 befindet
sich ein Abströmbereich 48 mit einem
Filter 50, durch den eine Fluidverbindung aus den Kammern 12, 22 zu
den Gasaustrittsöffnungen 41 hergestellt
wird.
-
Das dritte Gehäuseteil 36 hat ebenfalls
einen zylindrischen Wandabschnitt 52 und einen Bodenabschnitt 54.
Der Wandabschnitt 52 des dritten Gehäuseteils ist zwischen dem Wandabschnitt 40 des
ersten Gehäuseteils
und dem zweiten Gehäuseteil 34 angeordnet
und fest mit dem Wandabschnitt 40 verbunden. Der Bodenabschnitt 54 bildet
einen Teil der Unterseite des Gasgenerators 10 und nimmt
den Zünderflansch 28 mit
dem Zünder 16 auf.
Die untere Wand 43 des zweiten Gehäuseteils stützt sich an Bodenabschnitt 54 ab
und ist an einem Anschlag am Zünderflansch 28 festgelegt.
-
Zwischen der Treibstoffkammer 22 und
dem Deckelabschnitt 38 ist ein Ausgleichselement 56 angeordnet,
durch das der Treibstoff 26 sicher in der Treibstoffkammer 22 fixiert
wird. Es werden so Rassel- und Klappergeräusche im Gasgenerator 10 vermieden.
-
Zwischen der Wand 43 am
unteren Ende des zweiten Gehäuseteils 34 und
dem Bodenabschnitt 54 des dritten Gehäuseteils 36 ist ein
Zwischenelement 58 angeordnet. Das Zwischenelement 58 ist
elastisch und wirkt auch als Dichtungselement für den Zünderflansch 28. In
der Ausführungsform
der 2 ist das elastische
Zwischenelement zusätzlich
zwischen dem Zünderflansch 28 und
dem Bodenabschnitt 54 des dritten Gehäuseteils 36 angeordnet, wodurch
auch eine Abdichtung der radial inneren Teile des Gasgenerators 10 erreicht
wird. Das elastische Zwischenelement 58 kann auch Federeigenschaften aufweisen.
Damit wird erreicht, daß das
zweite Gehäuseteil 34 bzw.
der Zünderflansch 28 gegenüber dem
als untere Gehäuseschale
wirkenden dritten Gehäuseteil 36 elastisch
federnd gelagert ist. Das elastische Zwischenelement 58 sollte
so ausgelegt sein, daß es
bei einer Temperatur von -35°C
sehr hart ist, d.h. fast keine elastischen Eigenschaften mehr aufweist,
und bei einer Temperatur von +85°C
eine sehr hohe Elastizität
aufweist. Damit wird die Bewegung des zweiten Gehäuseteils 34 gegenüber dem dritten
Gehäuseteil 36 bei
tiefen Umgebungstemperaturen nur sehr gering ausfallen können, während bei
hohen Temperaturen das zweite Gehäuseteil 34 sehr stark
gegen das dritte Gehäuseteil 36 gedrückt werden
kann. Materialien, die diese Eigenschaften erfüllen, sind beispielsweise elastomere
Kunststoffe mit einer hohen Temperaturabhängigkeit der Elastizität.
-
Da der Gasgenerator üblicherweise
rotationssymmetrisch ist, ist es günstig, wenn das elastische
Zwischenelement 58 als Kreisringscheibe ausgebildet ist.
-
Im folgenden soll die Funktionsweise
des Gasgenerators mit dem elastischen Zwischenelement 58 anhand
der Ausführungsform
der 2 und 3 beschrieben werden:
-
In 2 ist
der Ausgangszustand vor Aktivierung des Gasgenerators 10 gezeigt.
Der Endabschnitt 44 des zweiten Gehäuseteils 34 liegt
dicht am Deckelabschnitt 38 des ersten Gehäuseteils 32 an.
Die untere Wand 43 des zweiten Gehäuseteils 34 stützt sich über das
elastische Zwischenelement 58 am Bodenabschnitt 54 des
dritten Gehäuseteils 36 ab.
Bei Aktivierung des Zünders 16 erhöht sich
der Druck in der Zünderkammer 12 derart,
daß mittels der
Kappe 18 der Deckelabschnitt 38 des ersten Gehäuseteils 32 verformt
und angehoben wird. Zwischen erstem und zweitem Gehäuseteil 32, 34 bildet sich
dadurch eine Überströmöffnung 46 aus.
Gleichzeitig gibt die nun angehobene Kappe 18 die Kanäle 20 frei,
wodurch eine Strömungsverbindung
zwischen der Zünderkammer 12 und
der Treibstoffkammer 22 hergestellt wird. Aus dem Treibstoff 24 freigesetztes
Gas und heiße
Partikel strömen über die
Kanäle 20 in
die Treibstoffkammer 22 ein und zünden den Treibstoff 26.
Der Treibstoff 26 brennt ab und erzeugt ein unter Druck
stehendes Fluid oder Gas. Durch den hohen Druck in der Treibstoffkammer 22 wird
das Ausgleichselement 56 angehoben und gegen den Deckelabschnitt 38 gedrückt. (3). Außerdem wird durch den hohen
Druck im Gasgeneratorgehäuse 30 der
Deckelabschnitt weiter plastisch verformt und gegenüber dem
zweiten Gehäuseteil 34 verschoben,
so daß der
Deckelabschnitt 38 vom Endabschnitt 44 beabstandet
und die Überströmöffnung 46
erhalten bleibt. Hierdurch wird eine Strömungsverbindung von der Treibstoffkammer 22 über die Überströmöffnung 46 zum
Abströmbereich 48 ausgebildet
(3). Der Strömungsquerschnitt
der Überströmöffnung 46 variiert
dabei in Abhängigkeit
vom Innendruck im Gasgeneratorgehäuse. Bei einem hohen Innendruck
bildet sich ein größerer Strömungsquerschnitt
aus als bei einem niedrigen Innendruck, so daß entsprechend mehr Fluid aus
dem Gasgenerator abfließen
kann. Hierdurch wird bereits ein gewisser Ausgleich der Druckdifferenz
erreicht.
-
Gemäß der Erfindung wird nun in
Abhängigkeit
von der Umgebungstemperatur das zweite Gehäuseteil 34 durch das
Nachgeben des elastischen Zwischenelements 58 mehr oder
weniger stark gegen den Bodenabschnitt 54 des dritten Gehäuseteils 36 gedrückt. Bei
sehr niedrigen Temperaturen (z.B. bei -35°C) ist das elastische Zwischenelement 58 sehr
starr und das zweite Gehäuseteil 34 wird
nicht in Richtung auf den Bodenabschnitt 54 bewegt. Damit ist
der im Bereich der Überströmöffnung 46 ausgebildete
Spalt zwischen dem Endabschnitt 44 und dem Deckelabschnitt 38 relativ
klein, wodurch sich in der Treibstoffkammer 22 trotz der
niedrigen Umgebungstemperatur ein ausreichender Innendruck aufbauen kann.
Bei sehr hohen Temperaturen (z.B. bei +85°C) ist die Elastizität des elastischen
Zwischenelements 58 sehr groß und das zweite Gehäuseteil 34 wird stark
nach unten gegen den Bodenabschnitt 54 des dritten Gehäuseteils 36 gedrückt. Damit
wird die Überströmöffnung 46 vergleichsweise
groß.
Es wird damit vermieden, daß sich,
wie sonst bei diesen hohen Temperaturen üblich, ein sehr hoher Innendruck in
der Treibstoffkammer 22 aufbauen kann. Insgesamt wird damit
im Betriebszustand des Gasgenerators die Temperaturabhängigkeit
des Innendrucks in der Treibstoffkammer 22 deutlich reduziert
und der Ausgleich von Druckdifferenzen weiter verbessert.