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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen mehrstufigen Gasgenerator, insbesondere zur Verwendung in
einer Sicherheitseinrichtung für
Fahrzeuge, mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Brennkammer,
die direkt aneinander angrenzen und eine gemeinsame Wand aufweisen,
welche die Brennkammern voneinander trennt, und mit jeweils einer
der ersten bzw. der zweiten Brennkammer zugeordneten Anzündeinheit.
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Ein derartiger Gasgenerator ist beispielsweise
aus der
EP 0 773 145
A2 bekannt. Der in dieser Druckschrift beschriebene Gasgenerator
beinhaltet mindestens zwei voneinander unabhängig ansteuerbare Anzündeinheiten
und mindestens zwei voneinander unabhängig gaserzeugende Treibstoffeinheiten,
wobei sich jeweils eine Anzündeinheit
und eine Treibstoffeinheit in einem geschlossenen, in die Brennkammer
einlegbaren Behälter
befindet. In einer weiteren Ausführungsform
ist vorgesehen, daß die Brennkammer
durch Zwischenwände
in mindestens zwei voneinander unabhängige abgeschlossene Brennkammerbereiche
unterteilt ist, die jeweils eine Anzündeinheit und eine Treibstoffeinheit
beinhalten. Die Brennkammer kann insbesondere von einer kreisförmigen Brennkammerwand
umschlossen sein. Die Zwischenwände
können
entweder einzeln beispielsweise in eine Nut im Zentrum der Brennkammer
und in der Brennkammerwand eingelegt werden oder sie sind bereits
V-förmig
oder sternförmig
angeordnet und werden in die Brennkammer in Halterungen eingefügt. Die
Zwischenwände
sind derart ausgelegt, daß bei
der gaserzeugenden Reaktion in einem Brennkammerbereich der Treibstoff
im benachbarten Brennkammerbereich nicht ausgelöst werden kann.
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Weitere mehrstufige Gasgeneratoren
sind darüber
hinaus in der
US 6
189 927 B1 oder der US 2002/0135172 A1 beschrieben. In
der Ausführungsform
gemäß
US 6 189 927 B1 definiert
ein zylinderförmiges
Gehäuse
eine erste Brennkammer, in die eine zweite, kleinere Brennkammer
mit einem becherförmigen
Gehäuse
aus Metall eingebracht ist. Bei der Ausführungsform gemäß US 2002/0135172 A1
liegen die Brennkammern übereinander
und sind durch eine scheibenförmige
Zwischenwand voneinander getrennt. Die Trennwände zwischen den Brennkammern
sind üblicherweise
fest mit den übrigen
Gehäuseteilen
der Brennkammern verbunden, z.B. durch Einpressen, Eincrimpen oder
Einschweißen,
oder sie sind beispielsweise durch Fließpressen einstückig mit
den weiteren Gehäuseteilen
ausgebildet.
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Bei mehrstufigen Gasgeneratoren werden die
verschiedenen Treibladungen in Anpassung an die jeweilige Unfallsituation
zu verschiedenen Zeitpunkten gezündet,
um unterschiedliche Gasmengen erzeugen zu können. Falls nicht alle Treibladungen gezündet werden
sollen, muß ein
sogenanntes Überzünden verhindert
werden. Die Zündung
der Treibladung in einer ersten Brennkammer darf also nicht zur Selbstzündung der
in den anderen Brennkammern enthaltenen Treibstoffen führen, beispielsweise
indem heißes
Gas in die Brennkammer mit der nicht zu aktivierenden Treibladung
strömt.
Aus diesem Grund wurden die Trennwände zwischen den Brennkammern
bisher so druckstabil ausgeführt
und fest mit den weiteren Gehäuseteilen
verbunden, daß bei
einem Zünden
des Treibstoffs in der ersten Brennkammer die anderen Brennkammern
nicht beeinträchtigt oder
verformt werden. Die Trennwände
sind daher im allgemeinen in massiver Metallbauweise ausgeführt und
damit sehr teuer, aufwendig zu fertigen und außerdem sehr platzintensiv.
Darüber
hinaus weisen die massiven Metalltrennwände ein sehr hohes Gewicht
auf und engen außerdem
aufgrund der massiven Bauweise auch die Gestaltungsfreiheit bei
der Entwicklung neuer Gasgeneratoren ein.
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Die Erfindung stellt sich daher die
Aufgabe, einen mehrstufigen Gasgenerator zu schaffen, mit dem die
oben genannten Nachteile vermieden werden können.
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Gemäß der Erfindung wird daher
ein mehrstufiger Gasgenerator, insbesondere zur Verwendung in einer
Sicherheitseinrichtung für
Fahrzeuge, bereitgestellt, der wenigstens eine erste und eine zweite
Brennkammer umfaßt,
die direkt aneinander angrenzen und eine gemeinsame Wand aufweisen, welche
die Brennkammern voneinander trennt, sowie jeweils eine der ersten
bzw. der zweiten Brennkammer zugeordnete Anzündeinheit. Der erfindungsgemäße Gasgenerator
ist dadurch gekennzeichnet, daß die
gemeinsame Wand aus einem flexiblen Kunststoff, einer Metallfolie
oder einem Metallblech mit geringer Wandstärke gebildet ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung besteht in einem Gasgenerator zur Verwendung in einer
Sicherheitseinrichtung für
Fahrzeuge, mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Brennkammer,
die direkt aneinander angrenzen und einen pyrotechnischen Treibstoff
enthalten, und der dadurch gekennzeichnet ist, daß der pyrotechnische Treibstoff
in der ersten Brennkammer von einem ersten aus einer Metallfolie
gebildeten Kanister umgeben ist, und der pyrotechnische Treibstoff
in der zweiten Brennkammer von einem zweiten aus einer Metallfolie
gebildeten Kanister umgeben ist, wobei die Kanister jeweils einen
Wandabschnitt aufweisen, der an den jeweils anderen Wandabschnitt
angrenzt, und so eine gemeinsame, die erste und die zweite Brennkammer
trennende Wand bilden.
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Der Erfinder hat erkannt, daß die im
Stand der Technik vorgesehene druckstabile Trennung der Brennkammmern
unter den üblichen
Betriebsbedingungen und -drücken überflüssig ist.
Bei einer zeitlich nur um wenige Millisekunden versetzten Zündung der
Treibstoffe in den aneinandergrenzenden Brennkammern wird bereits
deswegen keine stabile Trennung benötigt, da der Druck in beiden
Kammern etwa gleich hoch ist. Falls nur eine Treibladung gezündet wird,
kann sich die flexible Trennwand verformen und gegen das Treibstoffbett
in der angrenzenden Brennkammer abstützen, ohne daß unter
den normalen Betriebsdrücken
pyrotechnischer Gasgeneratoren eine Zerstörung zu erwarten ist. Gemäß der Erfindung
ist es daher möglich,
daß die
Trennwände
zwischen den Brennkammern aus leichten und flexiblen Materialien,
wie einem flexiblen Kunststoff, einer Metallfolie oder einem dünnen Metallblech
gebildet werden, die im Funktionsfall deformierbar sind und daher nicht
zerstört
werden. Mit der Verwendung dieser Materialien ist eine erhebliche
Gewichtseinsparung und ein reduzierter Aufwand bei der Herstellung
der Gasgeneratoren verbunden, die somit auch kostengünstiger
gefertigt werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Gasgenerators
sind die Brennkammern von einem Brennkammergehäuse definiert und die gemeinsame
Wand ist durch Führungsmittel
in dem Brennkammergehäuse
gehalten. Die Führungsmittel
können
beispielsweise eine in das Brennkammergehäuse eingelassene Nut und einen
korrespondierenden Führungsabschnitt
an der gemeinsamen Trennwand umfassen. Damit wird eine stabile Lagerung
der Trennwand im Brennkammergehäuse
erreicht und die Gefahr der Überzündung weiter
vermindert. Besonders bevorzugt ist die gemeinsame Wand aus einem
Kunststoff, insbesondere aus einem gummielastischen Kunststoff,
gebildet. In diesem Fall kann die Trennwand mit einem Abschnitt
des Brennkammergehäuses
durch Vulkanisieren verbunden sein. Die Herstellung der Trennwand
aus Kunststoff führt
gegenüber
den bisher verwendeten Trennwänden
aus Metall zu einer erheblichen Gewichtseinsparung unter Beibehaltung
der Funktionssicherheit der Trennwand. An der Ober- bzw. Unterseite
der Kunststoff-Trennwand
kann eine Dichtlippe vorgesehen sein, die sich gegen den Deckel
bzw. den Boden der Trennwand abstützt und ausreichend gegen Überzündung schützt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators
ist die gemeinsame Wand aus einer Metallfolie gebildet. In diesem Fall
ist wenigstens eine der in den Brennkammern enthaltenen Treibladungen
von einem geschlossenen Metallkanister umgeben. Die gemeinsame Wand wird
dann durch einen Wandabschnitt des Metallkanisters gebildet. Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist, wie oben ausgeführt,
jeder der pyrotechnischen Treibstoffe von einem Metallkanister umgeben,
die jeweils mit einem Wandabschnitt aneinander angrenzen und so
eine gemeinsame, die Brennkammern trennende Wand ausbilden. Bei
diesen Ausführungsformen
kann auf herkömmliche Bauteile
zurückgegriffen
werden. Eine massive Zwischenwand fehlt hier völlig. Daher ist der erfindungsgemäße Gasgenerator
leichter, und aufgrund der geringeren Anzahl an Bauteilen auch einfacher
und kostengünstiger
zu fertigen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators
kann die gemeinsame Wand schließlich
ein Metallblech mit geringer Wandstärke sein, wobei das Metallblech
als separates Einlegeteil in Form einer Halbschale gebildet ist. Die
Wandstärken
betragen in diesem Fall bevorzugt zwischen 0,2 und 1,5 mm, besonders
bevorzugt zwischen 0,5 und 1,2 mm. Das Metallblech ist bevorzugt ein
Aluminiumblech. Zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit können die Metallfolie oder das
Metallblech zusätzlich
mit einem Isoliermaterial, beispielsweise mit einer Kunststoffbeschichtung
oder einem Keramikvlies oder Keramikpapier, versehen sein. Bei dieser
Ausführungsform
kann sich das Einlegeteil im Fall des Zündens der Treibladung in der
größeren Brennkammer
gegen das Brennkammergehäuse
abstützen.
Diese Konstruktion ist allerdings mit der Einschränkung verbunden,
daß sich
hier nur die normalerweise übliche
Zündreihenfolge
verwirklichen läßt, bei
der zuerst die Treibladung in der größeren Brennkammer und danach
die Treibladung in der kleineren Kammer gezündet wird. Aus praktischen
Erwägungen
ergibt sich allerdings, daß diese
Zündreihenfolge in
fast allen Fällen
eingehalten wird, da selbst bei weniger schweren Unfallhergängen mit
leichten Fahrzeuginsassen die durch das Öffnen der Airbagabdeckung und
das Entfalten des Gassacks entstehenden Verlustenergien aufgewendet
werden müssen
und nicht für
die eigentliche Rückhaltung
des Fahrzeuginsassen zur Verfügung
stehen.
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Das Design des erfindungsgemäßen Gasgenerators
kann, wie im Stand der Technik bekannt, so ausgelegt werden, daß die erste
Brennkammer zylinder- oder trichterförmig gebildet ist und in die
zweite Brennkammer hineinragt. Alternativ dazu können die erste und die zweite
Brennkammer im Querschnitt kreissektorförmig sein, wie dies beispielsweise
in der
EP 0773145A2 gezeigt
ist. Schließlich
können
die erste und die zweite Brennkammer zylinderförmig gebildet und übereinander
angeordnet sein. Das Volumenverhältnis
der größeren zur
kleineren Brennkammer liegt vorzugsweise zwischen 60 : 40 und 80 :
20.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
und der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung
zeigen:
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1a und 1b eine Schnittansicht der Brennkammer
eines erfindungsgemäßen Gasgenerators;
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2a und 2b die Schnittansicht der Brennkammer
einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators
und
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3 die
Schnittansicht der Brennkammer einer dritten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators.
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Der in den 1a und 1b in
einer Teilansicht dargestellte Gasgenerator 10 weist ein
Gehäuse 12 mit
darin vorgesehenen Abströmöffnungen 14 für die vom
Gasgenerator erzeugten Gase zum Aufblasen eines Airbags oder einer
anderen Sicherheitseinrichtung in Fahrzeugen auf. Im Gehäuse 12 sind
zwei Brennkammern 16, 18 gebildet, die direkt
aneinander angrenzen und eine gemeinsame Wand 20 aufweisen.
Jeder der Brennkammern 16, 18 ist eine eigene Anzündeinheit
(hier nicht dargestellt) zugeordnet. In jede der Brennkammern 16, 18 ist
ein Festtreibstoff 22, hier in Form einer Schüttang von
Treibstofftabletten, eingebracht.
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Die Brennkammern 16, 18 sind
durch ein hohlzylinderförmiges
Brennkammergehäuse 24 definiert,
in welches die gemeinsame Wand 20 der Brenn kammern 16, 18 eingestellt
ist. Wie in 1b gezeigt,
können
außerdem
im Brennkammergehäuse 24 bzw.
an den Seitenflächen
der gemeinsamen Wand 20 Führungsmittel 26, 28 vorgesehen
sein, um eine stabile Lagerung der gemeinsamen Trennwand 20 zu
erreichen und so die Gefahr einer Überzündung weiter zu vermindern.
Die Führungsmittel 26, 28 können beispielsweise
eine in die Seitenfläche
der Wand 20 eingelassene Nut und einen in die Nut eingreifenden
Vorsprung umfassen, wie bei 26 gezeigt, oder sie können eine
in das Brennkammergehäuse 24 eingelassene
Nut und einen korrespondierenden, in die Nut eingreifenden Führungsabschnitt
in der Seitenfläche
der gemeinsamen Trennwand 20 umfassen, wie dies bei 28 dargestellt
ist.
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Bei der in den 1a und 1b dargestellten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators 10 ist
die gemeinsame Wand 20 aus einem flexiblen, gummielastischen
Kunststoff gebildet. Die Gummielastizität führt zu einer besonders guten
Abdichtung der Brennkammern 16, 18 gegeneinander und
bietet damit einen sicheren Schutz vor Überzündung. Die gummielastische
Wand 20 ist besonders bevorzugt durch Vulkanisieren mit
dem Brennkammergehäuse 24 verbunden
(1a). Zusätzlich können die
oben beschriebenen Führungsmittel 26, 28 vorhanden
sein. Die Abdichtung im Bereich des Brennkammerbodens bzw. -deckels
kann durch eine Dichtlippe an den Stirnflächen der Wand 20 (hier nicht
gezeigt) erreicht werden.
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Falls ein im Fahrzeug angeordneter
Beschleunigungssensor einen Unfall feststellt, werden die den Brennkammern 16, 18 zugeordneten
Anzündeinheiten über ein
vom Beschleunigungssensor ausgehendes elektrisches Signal gezündet. Je
nach Schwere des Unfalls kann hier entweder nur die der Brennkammer 18 zugeordnete
Anzündeinheit
oder nur die der Brennkammer 16 zugeordnete Anzündeinheit
gezündet
werden, oder es können
beide Anzündeinheiten
gleichzeitig oder zeitversetzt aktiviert werden. Wird beispielsweise
nur die der Brennkammer 18 zugeordnete Anzündeinheit
aktiviert, stützt
sich die flexible Trennwand 20 sicher an dem Treibstoff 22 in
der Brennkammer 16 ab und verhindert damit sicher eine Überzündung durch
Eintritt von heißen
Gasen aus der Brenn kammer 18 in die Brennkammer 16.
Das Gewicht der Trennwand 20 ist jedoch gegenüber herkömmlichen
Ausführungsformen deutlich
reduziert. Des weiteren ist ein variableres Design des mehrstufigen
Gasgenerators 10 möglich.
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In den 2a und 2b ist eine weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators 10 dargestellt.
Auch bei dieser Ausführungsform weist
der Gasgenerator 10 ein Gehäuse 12 mit darin eingebrachten
Abströmöffnungen 14 für die vom Gasgenerator 10 erzeugten
Gase zur Betätigung
einer aufblasbaren Sicherheitseinrichtung in Fahrzeugen auf. Im
Gehäuse 12 des
Gasgenerators 10 sind ferner zwei direkt aneinander angrenzende
Brennkammern 16, 18 gebildet, denen jeweils eine
Anzündeinheit
(hier nicht dargestellt) zugeordnet ist. In die Brennkammern 16, 18 ist
ein pyrotechnischer Treibstoff, hier eine Schüttung von Treibstofftabletten 22,
eingebracht.
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Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist
sowohl der in die Brennkammer 16 eingebrachte Treibstoff 22 als
auch der in die Brennkammer 18 eingebrachte Treibstoff 22 jeweils
von einem aus einer dünnen
Metallfolie gebildeten Kanister 30, 32 umgeben.
Jeder der Kanister 30, 32 weist einen Wandabschnitt 34 bzw.
36 auf, der den Innenraum des Gasgenerators 10 durchquert
und vorzugsweise direkt an den jeweils anderen Wandabschnitt 34 bzw. 36
angrenzt. Die aneinander angrenzenden Wandabschnitte 34 und 36 bilden
somit eine den Brennkammern 16 und 18 gemeinsam
zugeordnete Wand 20 aus, welche die Brennkammern 16, 18 voneinander
trennt und eine Überzündung von
einer Brennkammer auf die andere Brennkammer sicher verhindert.
Zur besseren thermischen Isolierung können die Wandabschnitte 34 und 36 der
Kanister 30 und 32 beispielsweise mit einem Kunststoff
beschichtet sein, oder es kann ein anderes Isoliermaterial, beispielsweise
ein Keramikvlies oder Keramikpapier, vorzugsweise zwischen die Wandabschnitte 34 und 36 eingelegt
werden. Zur Herstellung des hier dargestellten Gasgenerators 10 ist
ein Rückgriff
auf herkömmliche
Bauteile möglich.
Durch den Wegfall einer die Brennkammern 16 und 18 trennenden
massiven Zwischenwand ist das Gewicht des Gasgenerators erheblich
reduziert. Die Einsparung von Bauteilen trägt außerdem zu einer kostengünstigeren
Herstellung bei.
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Alternativ zu der in den 2a und 2b dargestellten Ausführungsform mit zwei Metallkanistern kann
auch vorgesehen sein, nur den Treibstoff 22 in einer der
Brennkammern 16, 18 in einen geschlossenen Metallkanister
aus einer dünnen
Metallfolie einzubringen. Beispielsweise kann also der den Treibstoff 22 in
der Brennkammer 18 umgebende Metallkanister 32 entfallen.
Bei dieser Ausführungsform wird
dann die den Brennkammern 16, 18 gemeinsam zugeordnete
Trennwand 20 durch den vorzugsweise mit einem Isoliermaterial
versehenen Wandabschnitt 34 des den Treibstoff 22 in
der Brennkammer 16 umgebenden Metallkanisters 30 gebildet.
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Die Funktionsweise des in den 2a und 2b gezeigten Gasgenerators entspricht
der Ausführungsform
gemäß den 1a und lb, wobei hier die Überzündung mittels der aus den Wandabschnitten 34 und/oder 36 gebildeten
gemeinsamen Wand 20 verhindert wird.
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Die 3 zeigt
schließlich
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators 10,
bei der die in dem Gasgenerator 10 gebildeten Brennkammern 16, 18 durch
eine gemeinsame Wand 20 getrennt werden, wobei die Wand 20 von
einer Metallhalbschale 38 gebildet wird, deren freie Enden 40, 42 sich
an der Innenfläche
des Brennkammergehäuses 24 abstützen. Die
Metallhalbschale 38 ist hier aus einem Metallblech mit
geringer Wandstärke
als separates Einlegeteil ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die
Metallhalbschale aus einem Aluminiumblech mit Wandstärken zwischen
0,2 mm und 1,5 mm ausgebildet, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,2
mm, wobei durch eine Kunststoffbeschichtung die Wärmeleitfähigkeit
und damit die Gefahr einer Überzündung noch
weiter verringert werden kann.
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Die hier dargestellte Ausführungsform
läßt eine
hinsichtlich der Volumenverteilung zwischen den Brennkammern 16, 18 äußerst variable
Ausgestaltung zu. Allerdings ist mit dieser Ausführungsform nur eine Zündreihenfolge
zu verwirk lichen, bei der zuerst die der größeren Brennkammer 18 zugeordnete
Anzündeinheit
aktiviert wird, damit sich die freien Enden 40, 42 der
Metallhalbschale 38 sicher an der Innenfläche des
Brennkammergehäuses 24 abstützen können und
damit eine Überzündung von
der Brennkammer 18 auf die Brennkammer 16 sicher verhindert
wird.