DE202004001018U1

DE202004001018U1 - Gasgenerator

Info

Publication number: DE202004001018U1
Application number: DE202004001018U
Authority: DE
Original assignee: TRW Airbag Systems GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2014-01-24
Also published as: US20050161924A1

Abstract

Gasgenerator (10) zur Verwendung in einer Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuge, mit einem Gehäuse (30), in welchem eine Treibstoffkammer (22) definiert ist, mit einem in der Treibstoffkammer (22) enthaltenen Treibstoff (26) zur Erzeugung eines unter Druck stehenden Fluids, und mit einem in der Treibstoffkammer angeordneten Ausgleichselement (56) zur Fixierung des Treibstoffs, wobei das Gehäuse (30) wenigstens ein erstes Gehäuseteil (32) mit einem Deckelabschnitt (38) und ein zweites Gehäuseteil (34) aufweist, das wenigstens teilweise die Treibstoffkammer (22) definiert, wobei das erste und das zweite Gehäuseteil (32, 34) unter Einwirkung des unter Druck stehenden Fluids von einem Ruhezustand, in dem sie abschnittsweise aneinander anliegen, in einen Betriebszustand beweglich sind, in dem sie voneinander beabstandet sind und eine Überströmöffnung (46) für das Fluid ausbilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (56) einen scheibenförmigen Halteabschnitt (58) und einen axial vorstehenden Randabschnitt (60) aufweist, der im Ruhezustand an das zweite Gehäuseteil (34) angrenzt und sich in Richtung auf...

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator zur Verwendung in einer Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuge, mit einem Gehäuse, in welchem eine Treibstoffkammer definiert ist, mit einem in der Treibstoffkammer enthaltenen Treibstoff zur Erzeugung eines unter Druck stehenden Fluids, und mit einem in der Treibstoffkammer angeordneten Ausgleichselement zur Fixierung des Treibstoffs, wobei das Gehäuse wenigstens ein erstes Gehäuseteil mit einem Deckelabschnitt und ein zweites Gehäuseteil aufweist, das wenigstens teilweise die Treibstoffkammer definiert, und wobei das erste und das zweite Gehäuseteil unter Einwirkung des unter Druck stehenden Fluids von einem Ruhezustand, 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 5,984,352 beschrieben. Diese Gasgeneratoren finden Verwendung in Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystemen, 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 und weiter in die zu aktivierende Sicherheitseinrichtung. Das in dem Gehäuse angeordnete Ausgleichselement übt einen Druck auf den in der Regel als Schüttung vorliegenden Treibstoff aus und soll dadurch verhindern, daß sich der Treibstoff frei bewegen kann und es während der Fahrt zu Klapper- oder Rasselgeräuschen im Gasgenerator kommt.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, im Ruhezustand des Gasgenerators das Fixieren des Treibstoffs in variablen Ausgangspositionen, d.h. bei unterschiedlicher Füllhöhe, zu verbessern und im Betriebszustand das Ausströmverhalten eines derartigen Gasgenerators zu optimieren. Dies wird bei einem Gasgenerator der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß das Ausgleichselement einen scheibenförmigen Halteabschnitt und einen axial vorstehenden Randabschnitt aufweist, der im Ruhezustand an das zweite Gehäuseteil angrenzt und sich in Richtung auf den Deckelabschnitt erstreckt, sowie vom Randabschnitt ausgehende Abstandselemente, die sich am Deckelabschnitt abstützen und den scheibenförmigen Halteabschnitt am Treibstoff anlegen. Dies heißt, daß der scheibenförmige Halteabschnitt des Ausgleichselements den Treibstoff im wesentlichen über den gesamten Querschnitt des Gasgenerators abdeckt und sich von dem Halteabschnitt ein steifer Randabschnitt nach oben zum Deckelabschnitt des ersten Gehäuseteils hin erstreckt, während sich die vom Randabschnitt ausgehenden, vorzugsweise flexibel ausgeführten Abstandshalter am ersten Gehäuseteil abstützen. Der steife hochstehende Randabschnitt gewährleistet, daß das Ausgleichselement im Betriebszustand des Gasgenerators im wesentlichen formstabil bleibt und sich nicht vor die Überströmöffnung legt und diese blockiert. Lediglich die Abstandselemente können im Betriebszustand gegen den Deckelabschnitt gepreßt und auf den scheibenförmigen Halteabschnitt gebogen werden. Im Ruhezustand ermöglichen die Abstandselemente einen Ausgleich des Treibstoffvolumens über einen großen Bereich, da sie je nach Füllhöhe des Treibstoffs bei der Montage des Deckelabschnitts unterschiedlich vorgespannt werden und so den scheibenförmigen Halteabschnitt in jeder Position sicher am Treibstoff anlegen.
Besonders vorteilhaft ist, wenn zwischen dem Halteabschnitt und dem Randabschnitt ein Übergangsabschnit vorhanden ist, der eine konvexe Krümmung zur Treibstoffkammer hin aufweist. Dies führt zu einer Optimierung des Ausströmverhaltens eines solchen Gasgenerators, da in diesem Fall im Betriebszustand des Gasgenerators das Fluid aus der Treibstoffkammer heraus an dem konvex gekrümmten Übergangsabschnitt vorbei zu der Überströmöffnung geführt werden kann. Die Gefahr einer Blockierung des Fluidstroms aus der Treibstoffkammer durch die Überströmöffnung wird so weiter vermindert.
Der scheibenförmige Halteabschnitt, der Randabschnitt und die Abstandselemente sind bevorzugt einstückig miteinander gebildet. Dies gestatjtet eine rationelle Fertigung und trägt zur Festigkeit des Bauteils bei.
Vorzugsweise sind die Abstandselemente als Laschen ausgebildet, die sich am Deckelabschnitt des ersten Gehäuseteils abstützen. Besonders bevorzugt ist, wenn diese Laschen federnd ausgebildet sind. Durch diese Maßnahmen wird einerseits eine Materialeinsparung erreicht, zum anderen kann sich das Ausgleichselement besonders gut an unterschiedliche Füllhöhen des Treibstoffs in der Treibstoffkammer anpassen.
Werden die Laschen annähernd äquidistant entlang des Randabschnitts angeordnet, so findet eine gleichmäßige Lastübertragung der vom Treibstoff auf das scheibenförmige Halteelement einwirkenden Kräfte auf das erste Gehäuseteil statt. Dadurch wird eine gleichmäßige Füllhöhe der Treibstoffschüttung in der Treibstoffkammer sichergestellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat der Gasgenerator eine Zünderkammer mit einer zylindrischen Zünderkammerwand und das Ausgleichselement weist eine Aussparung auf, mittels der das Ausgleichselement entlang der Zünderkammerwand geführt wird. Damit wird im Ruhezustand des Gasgenerators eine weitere laterale Abstützung des Ausgleichselements erreicht, und im Betriebszustand eine bessere Führung des Ausgleichselements bei dessen Bewegung in Richtung auf den Deckelabschnitt sichergestellt und seine Endposition eindeutig festgelegt.
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 im Ruhezustand;
2 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Gasgenerators im Betriebszustand;
3 eine perspektivische Ansicht des Ausgleichelements des erfindungsgemäßen Gasgenerators;
4 eine geschnittene Seitenansicht des Ausgleichselements des erfindungsgemäßen Gasgenerators; und
5 eine Aufsicht auf das Ausgleichselement des erfindungsgemäßen Gasgenerators.
In den 1 und 2 ist ein Gasgenerator 10 gezeigt, der im Aufbau und in der Grundfunktion im wesentlichen dem in der US 5,984,352 beschriebenen Gasgenerator entspricht.
Die 1 und 2 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 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. In einem Endabschnitt 44, den es an seinem dem ersten Gehäuseteil 32 zugewandten Ende ausbildet, liegt das zweite Gehäuseteil 34 im Ruhezustand (1) dicht am Deckelabschnitt 38 an, während im Betriebszustand des Gasgenerators 10 zwischen Endabschnitt 44 und Deckelabschnitt 38 eine Überströmöffnung 46 ausgebildet ist (2). Zwischen dem 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 32 und dem zweiten Gehäuseteil 34 angeordnet und wenigstens teilweise 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.
Zwischen der Treibstoffkammer 22 und dem Deckelabschnitt 38 ist ein Ausgleichselement 56 angeordnet, das im folgenden anhand der 3 bis 5 im Detail erläutert werden soll.
Das Ausgleichselement 56, das aus einem Kunststoff oder aus Metall bestehen kann, hat einen scheibenförmigen Halteabschnitt 58, beispielsweise in Form einer Lochscheibe, eines Drahtgewebes oder aus Streckmetall und einen umlaufend durchgehenden Randabschnitt 60. Der ebene gasdurchlässige Halteabschnitt 58 ist kreisringförmig gebildet und mit einer zentralen Aussparung 59 versehen. Der Randabschnitt 60 schließt an einen vom Halteabschnitt 58 ausgehenden Übergangsabschnitt 62 an, der zur Treibstoffkammer 22 hin konvex gekrümmt ist (1 und 2), und erstreckt sich axial in Richtung auf den Deckelabschnitt 38. An den Randabschnitt 60 schließen sich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sechs zungenförmige Laschen 64 an, die gleichmäßig entlang des Umfangs des Randabschnitts 60 angeordnet sind, wodurch das Ausgleichselement einen radialsymmetrischen Aufbau erhält. Die Laschen 64 weisen im wesentlichen ein Rechteckprofil auf, sind leicht gekrümmt und haben jeweils eine Kante 66, die aufgrund der leichten Krümmung gut an dem Deckelabschnitt 38 anliegt. Der dargestellte Aufbau führt zu einer besonders gleichmäßigen Übertragung der Kräfte des Treibstoffs 26 in der Treibstoffkammer 22 auf den scheibenförmigen Halteabschnitt 58 und von diesem über die Laschen 64 auf den Deckelabschnitt 38. Durch die Vorspannung der Laschen wird der Treibstoff 26 einerseits sicher fixiert, ohne daß Rasselgeräusche im Gasgenerator 10 auftreten, andererseits kann das Ausgleichselement 56 aber auch unterschiedliche Füllhöhen des Treibstoffs 26 problemlos ausgleichen. Weiter kann die Vorspannung der Laschen 64 in vorbestimmten Grenzen variiert werden, wodurch eine weitere Variation der Füllhöhe des Treibstoffs 26 in der Treibstoffkammer 22 möglich wird. Eine federnde Ausführung der Laschen 64 unterstützt den Füllhöhenausgleich über die gesamte Lebensdauer des Gasgenerators.
Im folgenden soll anhand der 1 und 2 die Funktionsweise des Gasgenerators beschrieben werden.
In 1 ist der Ruhezustand vor Aktivierung des Gasgenerators, in 2 der Zustand während des Betriebs des Gasgenerators gezeigt. Im Ruhezustand liegt der scheibenförmige Halteabschnitt 58 des Ausgleichselements 56 auf dem Treibstoff 26 auf und fixiert diesen in der Treibstoffkammer 22. Die nach oben gebogenen Abstandselemente oder Laschen 64 werden durch die Montage des ersten Gehäuseteils 32 in ihre Endposition gebracht und stützen sich dabei am Deckelabschnitt 38 ab. Durch die Vorspannkraft der Abstandselemente 64 wird der scheibenförmige Halteabschnitt 58 auf den Treibstoff 26 gedrückt und dieser sicher fixiert, so daß keine Rasselgeräusche auftreten können. Die Vorspannkraft kann je nach Füllhöhe des Treibstoffs variieren, so daß ein Füllhöhenausgleich über einen weiten Bereich gewährleistet werden kann.
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 angehoben wird. Erstes und zweites Gehäuseteil 32, 34 bilden nun keinen gemeinsamen Kontaktbereich mehr 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 hohem Druck stehendes Fluid oder Gas. Durch den hohen Druck in der Treibstoffkammer 22 wird das Ausgleichselement 56 angehoben, wobei die Laschen 64, die am Deckelabschnitt 38 anliegen, verformt werden und der steife hochstehende Randbereich 60 in Anlage an den Deckelabschnitt 38 kommt. Beim Anheben des Ausgleichselements 56 wird dessen Bewegung im Bereich der Aussparung 59 von der Zünderkammerwand 14 geführt. Wie in 2 zu sehen ist, kann nach Aktivierung des Gasgenerators 10 Fluid aus der Treibstoffkammer 22 an dem konvex gekrümmten Übergangsabschnitt 62 vorbei durch die Überströmöffnung 46 hindurch weiter zum Abströmbereich 48 mit dem Filter 50 strömen. Anschließend kann das freigesetzte Gas über die Gasaustrittsöffnungen 41 den Gasgenerator 10 verlassen und in einen Airbag oder in eine andere (nicht dargestellte) Fahrzeuginsassen-Schutzeinrichtung einströmen. Die besondere Gestaltung des Ausgleichelements 56 mit dem axial vorstehenden Randbereich und den Laschen 64 verhindert, daß die Überströmöffnung 46 blockiert und der Durchtritt des Fluids zum Abströmbereich 48 behindert wird.

Claims

Gasgenerator (10) zur Verwendung in einer Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuge, mit einem Gehäuse (30), in welchem eine Treibstoffkammer (22) definiert ist, mit einem in der Treibstoffkammer (22) enthaltenen Treibstoff (26) zur Erzeugung eines unter Druck stehenden Fluids, und mit einem in der Treibstoffkammer angeordneten Ausgleichselement (56) zur Fixierung des Treibstoffs, wobei das Gehäuse (30) wenigstens ein erstes Gehäuseteil (32) mit einem Deckelabschnitt (38) und ein zweites Gehäuseteil (34) aufweist, das wenigstens teilweise die Treibstoffkammer (22) definiert, wobei das erste und das zweite Gehäuseteil (32, 34) unter Einwirkung des unter Druck stehenden Fluids von einem Ruhezustand, in dem sie abschnittsweise aneinander anliegen, in einen Betriebszustand beweglich sind, in dem sie voneinander beabstandet sind und eine Überströmöffnung (46) für das Fluid ausbilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (56) einen scheibenförmigen Halteabschnitt (58) und einen axial vorstehenden Randabschnitt (60) aufweist, der im Ruhezustand an das zweite Gehäuseteil (34) angrenzt und sich in Richtung auf den Deckelabschnitt (38) erstreckt, sowie vom Randabschnitt ausgehende Abstandselemente (64), die sich am Deckelabschnitt (38) abstützen und den scheibenförmigen Halteabschnitt (58) am Treibstoff (26) anlegen.
Gasgenerator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Randabschnitt (60) und dem scheibenförmigen Halteabschnitt (58) ein Übergangsabschnitt (62) mit einer konvexen Krümmung zur Treibstoffkammer (22) hin vorhanden ist.
Gasgenerator (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandselemente (64) federnd ausgebildet sind.
Gasgenerator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandselemente als Laschen (64) ausgebildet sind.
Gasgenerator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandselemente (64) annähernd äquidistant entlang des Randabschnitts (60) angeordnet sind.
Gasgenerator (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandselemente (64) im wesentlichen ein Rechteckprofil aufweisen.
Gasgenerator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (56) radialsymmetrisch aufgebaut ist.
Gasgenerator (10) nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenförmige Halteelement (58), der Randabschnitt (60) und die Abstandselemente (64) miteinander einstückig ausgebildet sind.
Gasgenerator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasgenerator (10) eine Zünderkammer (12) mit einer zylindrischen Zünderkammerwand (14) hat und das Ausgleichelement (56) eine Aussparung (59) aufweist, mittels der das Ausgleichselement (56) entlang der Zünderkammerwand (14) geführt ist.
Gasgenerator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (56) aus einem Kunststoff besteht.
Gasgenerator (10) nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (56) aus Metall besteht.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der scheibenförmige Halteabschnitt (58) gasdurchlässig ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Randabschnitt umlaufend durchgehend ausgeführt ist.