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Die
Erfindung betrifft einen Gasgenerator zur Verwendung in einem Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem,
insbesondere für
ein zweistufiges Beifahrer-Rückhaltesystem.
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Gasgeneratoren
dienen in Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystemen
beispielsweise zur Füllung eines
Gassackes, der den Fahrzeuginsassen bei einem Unfall vor einem Aufprall
auf harte Teile der Fahrzeugkonstruktion schützt. Bekannte Gasgeneratoren
mit rohrförmigem
Gehäuse
sind einstufig oder mehrstufig ausgebildet. Sie sind üblicherweise
für Beifahrer-Rückhaltesysteme
vorgesehen, da ihre Geometrie am besten für die Unterbringung im Armaturenbrett
geeignet ist.
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Mehrstufige
Rohrgasgeneratoren zeichnen sich dadurch aus, daß mehrere voneinander getrennte,
meist verschieden große
Brennkammern vorgesehen sind, die jeweils einen Treibstoff enthalten
und denen außerdem
eine eigene Anzündeinheit
zugeordnet ist. Die in den Brennkammern enthaltenen Treibstoffe
können
somit gleichzeitig oder zeitlich versetzt zueinander gezündet und
die Gasgeneratorleistung an die Schwere des Unfalls angepaßt werden.
Zur Kühlung
des aus dem Treibstoff freigesetzten Gasstroms sind den Brennkammern
eine oder mehrere Filterkammern zugeordnet, wobei die Gasgeneratorstufen
zur Vermeidung einer Überzündung von
der einen Stufe auf die andere meistens durch eine starre Trennwand
voneinander getrennt sind.
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Ein
zweistufiger Rohrgasgenerator ist beispielsweise in der
EP 0 888 935 A1 beschrieben.
Der bekannte Gasgenerator dient zur Verwendung in einem Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem
und weist ein rohrförmiges
Gehäuse
mit zwei an einander gegenüberliegenden
axialen Enden des Gehäuses
angeordnete Brennkammern auf. Zwischen den Brennkammern ist wenigstens
ein Filtereinsatz angeordnet, der eine Filterkammer definiert. Der
Filtereinsatz hat ein Außengehäuse mit
zwei gegenüberliegenden Stirnwänden, die
ein rohrförmiges
Filter begrenzen und in dem Gasgeneratorgehäuse festlegen. Bei einem zweistufigen
Gasgenerator kann jeder Brennkammer ein separater Filtereinsatz
zugeordnet sein, wobei die Filtereinsätze durch eine starre Trennwand voneinander
getrennt sind, oder es kann ein einzelner Filtereinsatz vorhanden
sein, der beiden Brennkammern zugeordnet ist. In diesem Fall sind
die Durchtrittsöffnungen
in den Stirnwänden
zur Vermeidung eines Überzündens mit
Berstscheiben verschlossen, die nur in eine Richtung geöffnet werden können.
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Die
DE 199 03 237 A1 zeigt
einen einstufigen Gasgenerator mit einem rohrförmigen Gehäuse und mit einem in dem Gasgeneratorgehäuse konisch ausgebildeten
Kühlsystem
oder Kühl-
und Filtersystem, welches den Gasgeneratorinnenraum in eine Brennkammer,
in der eine gaserzeugende Mischung untergebracht ist, und einen
Abströmraum
bzw. eine Filterkammer unterteilt.
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Aus
der
EP 0 891 268 B1 ist
ein einstufiger Gasgenerator bekannt, bei dem in einer Brennkammerwand
vorgesehene Ausströmöffnungen
innerhalb der Brennkammer durch eine Filtervorrichtung abgedeckt
sind, die von den Ausströmöffnungen
beabstandet angeordnet ist, wobei durch die Filtervorrichtung die
Brennkammer in einen Brennraum für den
Treibstoff und einen oder mehrere Expansionsräume für das aus dem Treibstoff entstehende
Gas unterteilt. Der Abstand zwischen der Filtervorrichtung und der
Brennkammerwand wird insbesondere durch eine in der Filtervorrichtung
in Strömungsrichtung des
Gases ausgerichtete Sicke festgelegt, deren Sickenboden an der Brennkammerwand
anliegt.
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Die
Erfindung schafft einen mehrstufigen Gasgenerator zur Verwendung
in einem Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem,
insbesondere für
ein zweistufiges Beifahrer-Rückhaltesystem,
der einfach aufgebaut und daher kostengünstig herstellbar ist, und der
trotz seines einfachen Ausbaus eine effiziente Kühlung und Filterung des von
dem aktivierten Treibstoff freigesetzten Gasstroms ermöglicht.
Durch den Wegfall oder die Verwendung von leichteren Bauteilen,
sowie die Verringerung der zur Herstellung des Gasgenerators notwendigen
Arbeitsschritte werden zusätzliche
Gewichts- und Kosteneinsparungen erzielt. Erfindungsgemäß wird hierzu
ein Gasgenerator zur Verwendung in einem Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem bereitgestellt,
der ein rohrförmiges
Gehäuse
und zwei in dem Gehäuse
angeordnete, einander axial gegenüberliegende Brennkammern umfaßt, zwischen
denen eine Filterkammer angeordnet ist, und der dadurch gekennzeichnet
ist, daß jeder Brennkammer
ein sich, von der jeweiligen Brennkammer aus gesehen, in axialer
Richtung verjüngendes
Filter zugeordnet ist, wobei die Filter mit ihrem jeweiligen verjüngten Ende
direkt aneinander angrenzen und die Filterkammer in wenigstens drei
durch die Filter getrennte Expansionsräume teilen.
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Durch
den erfindungsgemäßen Ausbau
der Filter wird dem aus der Brennkammer austretenden und auf den
Filter auftreffenden heißen
Gasstrom eine große
Oberfläche
zur Verfügung
gestellt, an der die Gase abkühlen
und in dem Gasstrom enthaltene feste oder flüssige Partikel leicht kondensieren
können.
Da die der jeweiligen Brennkammer zugeordneten Filter in der Filterkammer
direkt aneinander angrenzen und so die beiden Gasgeneratorstufen
gegeneinander abdichten, kann die üblicherweise vorhandene zusätzliche
Trennwand für
die Gasgeneratorstufen entfallen. Über die Anordnung und Größe der Gasdurchtrittsöffnungen
in den Filtern und in den die Brennkammern begrenzenden Wänden können der
Strömungsweg
und die Druckverhältnisse
im aktivierten Zustand des Gasgenerators auf einfache Weise eingestellt
werden. Der in der Filterkammer zusätzlich vorhandene dritte Expansionsraum
verursacht schließlich
eine weitere Druckminderung und damit eine zusätzliche Beruhigung, Kühlung und
Reinigung des aus dem Gasgenerator austretenden Gasstroms. Die Gefahr
von Durchbränden
im Gasgeneratorgehäuse
bzw. in dem an den Gasgenerator angeschlossenen Gassack besteht
somit nicht. Der dritte Expansionsraum gewährleistet bei einer gleichzeitigen
Aktivierung der Gasgeneratorstufen auch eine gute Durchmischung
und Beruhigung der aus den jeweiligen Gasgeneratorstufen freigesetzten
Gase. Bei einer zeitlich versetzten Aktivierung müssen aufgrund
des starken Druckabfalls im dritten Expansionsraum keine zusätzliche
Maßnahmen
zur Vermeidung einer Überzündung, das
heißt
einem Übertritt
von heißen
Gasen aus einer aktivierten Stufe in die andere, nicht aktivierte,
Gasgeneratorstufe ergriffen werden.
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Die
den jeweiligen Brennkammern zugeordneten und in der Filterkammer
direkt aneinander angrenzenden Filter sind üblicherweise aus einem oder zwei
Blechteilen, bevorzugt einem Lochblech, gebildet. Die Löcher in
dem Blechteil sind beispielsweise als Bohrungen oder Schlitze ausgestaltet.
Grundsätzlich
ist aber jeder mit vertretbarem Kostenaufwand herstellbare Lochquerschnitt
anwendbar. Die Verwendung eines Lochbleches hat den Vorteil eines geringen
Gewichts und einer einfachen Handhabbarkeit. Außerdem kann das Blechmaterial
leicht umgeformt werden, so daß das
gewünschte
Querschnittsprofil des Filters einfach und variabel eingestellt werden
kann.
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Der
Innenquerschnitt des Filters kann stromabwärts, das heißt in Richtung
des aus der Brennkammer austretenden und zur Mitte der Filterkammer hin
strömenden
Gases, stufenweise abnehmen, so daß sich das Filter stufenweise
verjüngt.
Die dem auf die der Brennkammer zugewandten Innenseite des Filters
auftreffenden Gasstrom zur Verfügung
gestellte Oberfläche
ist damit besonders groß,
so daß eine starke
Abkühlung
und Reinigung des Gasstroms von festen und flüssigen Partikeln erfolgt. Das
Filter kann sich alternativ dazu auch konisch zu einem Kegelstumpf
verjüngen.
Aufgrund der einfachen Geometrie einer derartigen Ausführungsform
ist eine besonders kostengünstige
Herstellung möglich.
Werden die Gasdurchtrittsöffnungen
im Filter bevorzugt in dem an die Brennkammer angrenzenden Abschnitt
des Filters angeordnet, trifft der aus der Brennkammer austretende
Gasstrom zunächst
auf den geschlossenen Filterboden auf und strömt dann an der Innenwand des
Filters vorbei bis zu den am entgegengesetzten Ende des Filters
vorgesehenen Gasdurchtrittsöffnungen.
Auf diese Weise steht eine besonders große Oberfläche des Filters für die Kühlung und
Reinigung des Gasstroms zur Verfügung.
Eine zusätzliche
Reinigungswirkung kann erzielt werden, wenn die Innenwand des Filters
beispielsweise durch Sandstrahlen aufgeauht oder mit zusätzlichen
Riffelungen versehen ist.
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Anstelle
eines Lochblechs kann das Filter auch in herkömmlicher Weise aus einem Streckmetall,
einem Drahtgewebe oder -gewirk, oder einem porösen Sintermaterial gebildet
sein. Auch die Verwendung mehrschichtig aufgebauter Filter, beispielweise
der Kombination aus einem Lochblech mit einem Drahtgewebe oder -gewirk,
ist grundsätzlich möglich.
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Besonders
bevorzugt sind die beiden, der jeweiligen Brennkammer zugeordneten
Filter jedoch nicht aus zwei separaten Bauteilen, sondern einstückig miteinander
gebildet. Die Herstellung eines derartigen Doppelfilters kann beispielsweise
durch mittiges Rollieren eines Blechrohres unter Verengung des Rohrquerschnitts
erfolgen. Das so gebildete Blechteil mit zwei sich von den Rohrenden
aus verjüngenden
und in der Rohrmitte aneinander anstoßenden Abschnitten kann an
seiner Stoßstelle
zusätzlich
verschweißt
sein, um eine dichte Trennung der so gebildeten Filter voneinander
zu gewährleisten.
Da nur noch ein Bauteil bereitgestellt und verarbeitet werden muß, sind
die Herstellungskosten bei dieser Ausführungsform zusätzlich gesenkt.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der Filter mit einem sich stromabwärts, von der Brennkammer aus
zur Mitte der Filterkammer hin, verjüngenden Querschnittsprofil
entstehen auf platzsparende Weise in der Filterkammer mindestens
drei Expansionsräume,
von denen zwei Expansionsräume,
die von den den jeweiligen Brennkammern zugeordneten Filtern umgeben
sind, axial aneinander angrenzen und jeweils mit dem dritten Expansionsraum unmittelbar
in Strömungsverbindung
stehen. Durch diese Anordnung der Filter und der Expansionsräume kann
der Strömungsweg
der aus den Brennkammern freigesetzten Gase und der Druckverlauf
im Gasgenerator in weiten Grenzen kontrolliert werden. Da in jedem
Expansionsraum ein Druckabfall auftritt und die axial aneinandergrenzenden
Expansionsräume
nicht unmittelbar miteinander in Strömungsverbindung stehen, sondern
jeweils nur einer Gasgeneratorstufe zugeordnet sind, ist auch die
Gefahr einer Überzündung, das
heißt
eines Übertritts
von heißen Gasen
einer aktivierten Gasgeneratorstufe in die Brennkammer der jeweils
anderen Gasgeneratorstufe nahezu ausgeschlossen. Da allerdings der
dritte Expansionsraum beiden Gasgeneratorstufen zugeordnet ist,
wird der Raumbedarf für
den erfindungsgemäßen mehrstufigen
Gasgenerator deutlich verringert. Außerdem kann bei einer gleichzeitigen
oder zeitlich nur kurz versetzten Zündung beider Stufen eine gute
Durchmischung und Reinigung der aus dem Gasgenerator austretenden
Gase im dritten Expansionsraum stattfinden. Eine optimale Druckreduzierung
und Reinigung der Gase wird erreicht, wenn der dritte Expansionsraum
eine in axialer Richtung, zur Mitte der Filterkammer hin, zunehmende
Querschnittsfläche
aufweist. Besonders bevorzugt ist, wenn der dritte Expansionsraum
die axial aneinander angrenzenden Expansionsräume, die jeweils eine sich
zur Mitte der Filterkammer hin in axialer Richtung verjüngende Querschnittsfläche aufweisen, ringförmig umgibt.
Diese Anordnung erlaubt einen besonders kompakten Aufbau der Filterkammer.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
und der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung
zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators
in einer Schnittansicht;
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2 die Schnittansicht einer
Filterkammer des erfindungsgemäßen Gasgenerators
gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
und
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3 die Schnittansicht einer
Filterkammer des erfindungsgemäßen Gasgenerators
gemäß einer
dritten Ausführungsform.
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Der
in 1 gezeigte Gasgenerator
ist zur Verwendung in einem Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem vorgesehen und
dient insbesondere zum Ausblasen eines Beifahrergassacks (nicht
gezeigt). Der Gasgenerator 10 ist zweistufig ausgebildet
und hat ein rohrförmiges
Gehäuse 12,
in dem an axial einander gegenüberliegenden
Endabschnitten des Gehäuses 12 zwei
mit Treibstoff 16 gefüllte
Brennkammern 14, 14' angeordnet
sind. Das Gasgeneratorgehäuse 12 ist
stirnseitig durch zwei Deckel 18 gasdicht verschlossen.
In die Deckel 18 ist jeweils eine Anzündeinheit 20, 20' mit einem Zünder 22 und
einer Verstärkerladung 24 aufgenommen.
Die Deckel 18 sind durch Schweißen oder Bördeln am Gehäuse 12 befestigt.
An den Deckeln 18 liegt jeweils eine vorgespannte Feder 26 an,
die eine Lochscheibe 28 auf den Treibstoff 16 drückt und
diesen in der jeweiligen Brennkammer 14, 14' positioniert.
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Zwischen
den Brennkammern 14, 14' ist eine Filterkammer 30 angeordnet.
Die Filterkammer 30 und die beiden Brennkammern 14, 14' werden jeweils
durch eine Brennkammerwand 32, 32' voneinander getrennt, die mit
Gasdurchtrittsöffnungen 34 versehen
ist. Von den Brennkammerwänden 32, 32' liegt, innerhalb
der Brennkammern 14, 14' jeweils ein kegelförmiges Zwischenfilter 36,
das bei der hier dargestellten Ausführungsform zweilagig aufgebaut
ist und sich kegelförmig
in die jeweilige Brennkammner 14, 14' hinein erstreckt.
Das Zwischenfilter 36 soll ein Blockieren der Gasdurchtrittsöffnungen 34 im
Fall der Aktivierung des Treibstoffs 16 verhindern. Um
das Eindringen von Feuchtigkeit in die Brennkammer zu verhindern,
können
die Gasdurchtrittsöffnungen 34 in bekannter
Weise mit einer Metallfolie oder Verdämmung (nicht gezeigt) verschlossen
sein. Das kegelförmig
in die bei der 1 oberen
Brennkammer 14 hineinragende Zwischenfilter 36 mündet in
ein Gassammelrohr 38, mit dem ein besonders gleichmäßiger Abbrand
des Treibstoffs 16 und damit ein günstiges Druckprofil im Betriebszustand
des Gasgenerators 10 erzielt werden kann.
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In
der Filterkammer 30 sind zwei Filter 40, 40' angeordnet,
die jeweils einer der Brennkammern 14, 14' zugeordnet
sind und die sich, von der jeweiligen Brennkammer 14, 14' aus gesehen,
stromabwärts
in axialer Richtung verjüngen.
Mit „stromabwärts" wird hier die Richtung
des aus der jeweiligen Brennkammer 14, 14' austretenden
Gasstroms bezeichnet. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß die Querschnittsfläche der
Filter 40, 40' entlang
der Längsachse
des Gasgenerators zur Mitte der Filterkammer hin abnimmt. Die Querschnittsfläche der
Filter 40, 40' wird
dabei bevorzugt auf mindestens 50 Prozent, besonders bevorzugt mindestens
30 Prozent des Innenquerschnitts des Gasgenerators 10 reduziert.
Etwa in der Mitte der Filterkammer 30 grenzen die Filter 40, 40' mit ihren Böden am jeweiligen verjüngten Ende
direkt aneinander an. An diesem Ende können die Filter 40, 40' vorzugsweise
durch Schweißen
oder Kleben fest miteinander verbunden sein. In die Filter 40, 40' sind Gasdurchtrittsöffnungen 44 eingebracht,
die bevorzugt an brennkammerseitigen Abschnitten der Filter 40, 40' angeordnet
sind. Axial versetzt zu den Gasdurchtrittsöffnungen 44 sind im
Gehäuse 12,
bevorzugt im mittleren Abschnitt der Filterkammer 30, die
Gasaustrittsöffnungen 48 angeordnet, über die
eine Strömungsverbindung
zwischen der Filterkammer 30 und den aufzublasenden Gassack
(nicht gezeigt) hergestellt wird.
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Bei
der hier gezeigten Ausführungsform
teilen die Filter 40, 40' die Filterkammer 30 in
insgesamt drei Expansionsräume.
Zwei der Expansionsräume 42, 42' grenzen axial
aneinander an und werden von den Filtern 40, 40' sowie den Brennkammerwänden 32, 32' begrenzt. Die
Expansionsräume 42, 42' stehen über die
in die Filter 40, 40' eingebrachten Gasdurchtrittsöffnungen 44 in
unmittelbarer Strömungsverbindung
mit dem dritten Expansionsraum 46, der die beiden axialen
Expansionsräume 42, 42' ringförmig umgibt.
Der dritte ringförmige
Expansionsraum 46 wird somit von der Außenkontur der Filter 40, 40' und dem Gehäuse 12 definiert.
Entsprechend der sich in axialer Richtung zur Mitte der Filterkammer 30 hin
verjüngenden
Außenkontur
der Filter 40, 40' weist
der Expansionsraum 46 damit einen in axialer Richtung von
den Brennkammerwänden 32, 32' aus bis etwa
zur Mitte der Filterkammer 30 hin zunehmenden Querschnitt
auf. Durch diese Ausführungsform
wird eine besonders kompakte und platzsparende Anordnung der Expansionsräume 42, 42' und 46 ermöglicht. Über die
Anordnung und Größe der Gasdurchtrittsöffnungen 34 in
den Brennkammerwänden 32 und 32' sowie der Gasdurchtrittsöffnungen 44 in den
Filtern 40, 40' kann
zudem der Strömungsweg der
aus dem Treibstoff 16 freigesetzten Gase und die Druckminderung
in den jeweiligen Expansionsräumen 42, 42' und 46 zuverlässig kontrolliert
werden. Damit wird trotz der kompakten und leichten Bauweise des
Gasgenerators 10 eine hohe Kühl- und Reinigungswirkung hinsichtlich
der aus dem Gasgenerator 10 austretenden Gase erzielt.
Bei einer gleichzeitigen oder zeitlich kurz versetzten Zündung der
Treibstoffe 16 durch die Anzündeinheiten 20, 20' wird außerdem eine
gute Durchmischung und Kühlung
der aus den beiden Gasgeneratorstufen freigesetzten Gase im gemeinsamen
Expansionsraum 46 erreicht.
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Die
Filter 40, 40' sind
bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
jeweils aus einem Stück
aus einem sich konisch zu einem Kegelstumpf verjüngenden Lochblech gebildet.
Die beiden napfartig geformten und mit den Gasdurchtrittsöffnungen 44 versehenen
Filter 40, 40' können an
ihren geschlossenen Böden
miteinander verschweißt
oder verklebt werden und so eine vormontierte Einheit bilden. Es
ist allerdings auch möglich,
die Filter 40, 40' einstückig miteinander
auszubilden, wie dies in 2 gezeigt
ist. Hierzu wird der Querschnitt eines an seinen Endabschnitten
mit den Gasdurchtrittsöffnungen 44 versehenen
Blechrohres so verengt, daß die
Rohrwände
etwa in der Mitte des Rohres aneinander anstoßen. An dieser Stoßstelle
können
die Rohrwände
zur besseren Abdichtung der Filter 40, 40' gegeneinander
mit einer Schweißnaht
verbunden sein. Bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform
verjüngt
sich der Rohrquerschnitt konisch in axialer Richtung von den Rohrenden
bis zur Stoßstelle
in der Rohrmitte hin. Es kann aber auch jedes andere Querschnittsprofil,
beispielsweise ein sich stufenförmig
verjüngender
Querschnitt, eingestellt werden. Die Fertigung der Filter 40, 40' in nur einem
Bauteil ist besonders kosteneffizient, da bei der Montage des Gasgenerators 10 weitere
Arbeitsschritte entfallen können.
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Die
in 3 gezeigte Ausführungsform
zeigt die Filterkammer 30 mit den Filtern 40, 40', die jeweils
aus einem sich im wesentlichen stufenförmig zur Mitte der Filterkammer
hin verjüngenden
Blechteil gebildet sind. Die einzelnen Wandabschnitte der Filter 40, 40' bilden jedoch
einen stumpfen oder überstumpfen
Winkel zueinander, so daß die Übergänge zwischen
den jeweiligen Stufen fließend
ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform wird dem aus den jeweiligen
Brennkammern 14, 14' durch
die Gasdurchtrittsöffnungen 34 in
die Filter 40, 40' eintretenden
Gasstrom eine besonders große
Oberfläche
zur Kühlung
und Abscheidung von festen und flüssigen Verunreinigungen zur
Verfügung
gestellt. Die Gasaustrittsöffnungen 44 in
den Filtern 40, 40' sind
bevorzugt an den Übergängen zwischen
den jeweiligen Stufenabschnitten angeordnet. Sie wirken in diesen Abschnitten
wie eine Perforation und erleichtern somit die Herstellung der Filter 40, 40' durch Umformen der
entsprechenden Blechteile.
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Bei
allen Ausführungsformen
können
die Innenwände
der Filter 40, 40',
die dem aus den Gasdurchtrittsöffnungen 34 strömenden Gas
ausgesetzt sind, beispielsweise durch Sandstrahlen aufgerauht oder
mit zusätzlichen
Riffelungen (nicht gezeigt) versehen werden. Die damit vergrößerte Oberfläche der Filter 40, 40' verbessert
zusätzlich
die Kühl-
und Reinigungswirkung.
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Alternativ
zur Herstellung der Filter 40, 40' aus einem Blechteil, beispielsweise
einem Lochblech, können
die Filter auch aus einem Streckmetall einem Drahtgestrick oder
-gewirk oder einem porösen
Sintermaterial gebildet sein. Darüber hinaus ist die Verwendung
mehrschichtig aufgebauter Filter möglich, beispielsweise aus einer
Kombination eines Lochblechs mit einem Drahtgestrick.
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Bei
einem Fahrzeugunfall werden die Anzündeinheiten 20, 20' durch einen
im Fahrzeug angeordneten Sensor, der auch die Schwere des Unfalls feststellt, über ein
elektrisches Signal gleichzeitig oder zeitversetzt aktiviert. Die
von den Zündern 22 gezündete Verstärkerladung 24 brennt
ab und erzeugt heiße
Partikel und Gase, die durch die Lochscheibe 28 auf den
Treibstoff 16 in den jeweiligen Brennkammern 14, 14' auftreffen
und diesen wiederum aktivieren. Der in den Brennkammern 14, 14' enthaltene
Treibstoff brennt dann innerhalb weniger Millisekunden ab und erzeugt
ein heißes
Gas, welches je nach der Art des Treibstoffs 16 einen Anteil
an festen, flüssigen
oder kondensierbaren Stoffen enthalten kann. Das beim Abbrand des
Treibstoffs 16 entstehende Gas strömt durch das Zwischenfilter 36,
in dem bereits ein Teil der festen Abbrandprodukte zurückgehalten
wird, und verläßt die Brennkammern 14, 14' durch die Gasdurchtrittsöffnungen 34.
In den Brennkammern 14, 14' entsteht beim Abbrand des Treibstoffs 16 ein
Druck von bis zu 300 bar und eine Temperatur von 2000 K und darüber. Unter
diesen Bedingungen liegen die meisten Abbrandprodukte des Treibstoffs 16 jedoch
gasförmig
vor und können nicht
im Zwischenfilter 36 zurückgehalten werden.
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Das
aus den Brennkammern 14, 14' über die Gasdurchtrittsöffnungen 34 austretende
Gas strömt anschließend in
die Filter 40, 40' ein.
Die Filter 40, 40' definieren
jeweils einen ersten Expansionsraum 42, 42', in dem sich
das Gas auf mindestens etwa 2/3 des Drucks in der Brennkammer, hier
ca. 200 bar, entspannt und dadurch stark abkühlt. Durch diese Abkühlung kondensieren
die in der Gasphase vorliegenden Verunreinigungen aus dem Gasstrom
aus und werden abgeschieden, sobald der Gasstrom am Boden der Filter 40, 40' auftrifft.
Der Gasstrom wird dann am Filterboden umgelenkt und strömt entlang der
seitlichen Wandabschnitte der Filter 40, 40' zu den Gasdurchtrittsöffnungen 44.
Der Gasstrom wird hierbei weiter abgekühlt und feste und flüssige Partikel
an der Filterwand zurückgehalten.
Dieser Strömungsverlauf
wird durch die sich in axialer Richtung von der Brennkammer aus
hin zur Mitte der Filterkammer verjüngende Innenkontur der Filter 40, 40' zusätzlich begünstigt.
Außerdem
stellt diese Innenkontur eine relativ große Oberfläche für die Kühlung und Abscheidung der festen
und flüssigen
Partikel aus dem Gasstrom bereit.
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Anschließend tritt
der Gasstrom aus den ersten Expansionsräumen 42, 42' über die
Gasdurchtrittsöffnungen 44 in
den Filtern 40, 40' in
den ringförmigen
Expansionsraum 46 ein. Da dieser Expansionsraum einen sich
in Strömungsrichtung,
das heißt von
den brennkammerseitig liegenden Gasdurchtrittsöffnungen 44 in den
Filtern 40, 40' zur
Mitte der Filterkammer 30 und den Austrittsöffnungen 48 hin,
zunehmenden Querschnitt aufweist, erfolgt in diesem Expansionsraum 46 ein
weiterer Druckabfall auf etwa 1/3 bis 1/10 des ursprünglichen
Drucks in der Brennkammer (ca. 100 bar bis 30 bar) und damit eine
weitere starke Abkühlung
des Gasstroms. Im Expansionsraum 46 können somit weitere kondensierte
Abbrandprodukte zurückgehalten
werden. Da der Expansionsraum 46 sowohl mit dem Expansionsraum 42 als
auch mit dem Expansionsraum 42' in unmittelbarer Strömungsverbindung
steht, können
sich die aus dem Treibstoff 16 in den Brennkammern 14 und 14' freigesetzten
Gase im Expansionsraum 46 homogen miteinander vermischen
und den an den Gasgenerator 10 angeschlossenen Gassack
(nicht gezeigt) aufblasen. Wegen des hohen Druckabfalls von den Brennkammern 14, 14' sowie den zugeordneten
Expansionsräumen 42, 42' einerseits
zu dem Expansionsraum 46 andererseits, ist außerdem eine Überzündung, das
heißt
ein Übertritt
von Gasen beispielsweise aus der Brennkammer 14 über den
Expansionsraum 42 und den Expansionsraum 46 weiter
in den Expansionsraum 42' und
die Brennkammer 14' auch
bei einem noch nicht aktivierten Treibstoff 16 in der Brennkammer 14' nahezu ausgeschlossen.
Zur Vermeidung einer derartigen Überzündung ist
die üblicherweise
ohnehin vorhandene brennkammerseitige Verdämmung der Gasdurchtrittsöffnungen 34 ausreichend.
Auf weitere teure Schutzmaßnahmen, wie
die Anordnung von nur in einer Richtung zu öffnenden Berstscheiben in der
Filterkammer 30, kann daher verzichtet werden.
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Der
erfindungsgemäße Gasgenerator
gewährleistet
somit bei einem konstruktiv einfachen Aufbau eine zuverlässige Reinigung
und Kühlung des
zum Aufblasen eines Luftsacks verwendeten Gasstroms. Durch den Verzicht
auf üblicherweise
zur Trennung der Gasgeneratorstufen verwendete Bauteile, wie beispielsweise
starre Trennwände,
können sowohl
Gewichtseinsparungen als auch eine Reduzierung der Zahl der Herstellungsschritte
erreicht werden. Der erfindungsgemäße Gasgenerator ist damit sowohl
kostengünstig
herstellbar als auch in hohem Maße funktionssicher.