DE20319564U1

DE20319564U1 - Gasgenerator

Info

Publication number: DE20319564U1
Application number: DE20319564U
Authority: DE
Original assignee: TRW Airbag Systems GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2013-12-18
Also published as: ATE370865T1; EP1544060A1; EP1544060B1; DE502004004714D1; US20050146123A1

Abstract

Gasgenerator, insbesondere für Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme, mit
einer mit Druckgas gefüllten Druckkammer (10),
einem außerhalb der Druckkammer (10) angeordneten pyrotechnischen Zünder (34),
einer dem Zünder (34) nahen ersten Membran (14), die eine erste Öffnung (12) der Druckkammer (10) schließt,
einer vom Zünder (34) entfernteren zweiten Membran (18), die eine zweite Öffnung (16) der Druckkammer schließt,
wobei beide Membran (14, 18) auf Aktivieren des Zünders (34) hin zerstört werden, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Membran (14) so ausgebildet ist, dass sie bei einem höheren Berstdruck reißt als die zweite Membran (18).

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere für Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme, mit einer mit Druckgas gefüllten Druckkammer, einem außerhalb der Druckkammer angeordneten, pyrotechnischen Zünder, einer dem Zünder nahen ersten Membran, die eine erste Öffnung der Druckkammer schließt, und einer von dem Zünder entfernteren zweiten Membran, die eine zweite Öffnung der Druckkammer schließt, wobei beide Membranen auf Aktivieren des Zünders hin zerstört werden.
Ein gattungsgemäßer Gagenerator ist aus der WO 01/42047 A2 bekannt. Die zweite Öffnung, die durch die zweite Membran geschlossen wird, ist die Ausströmöffnung für das freiwerdende Gas, das von dieser Öffnung aus in ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem strömt. Die zweite Membran wird gemäß dieses Standes der Technik durch eine Schockwelle zerstört, die sich nach Zerstören der ersten Membran ergibt und die die Druckkammer durchläuft.
Die Erfindung schafft einen Gasgenerator, bei dem ebenfalls die zweite Membran durch die entstehende Druckwelle zerstört wird, wobei aber versucht werden soll, das Öffnungsverhalten (Öffnungsgeschwindigkeit und Reproduzierbarkeit) zu verbessern.
Dies wird bei einem Gasgenerator der eingangs genannten Art erreicht, indem die erste Membran so ausgebildet ist, dass sie bei einem höheren Berstdruck reißt als die zweite Membran. Natürlich ist für den Berstdruck nicht nur die Ausbildung der Membran selbst, sondern auch deren Umgebung (angrenzende Wände) mit verantwortlich, so dass die Prüfung der unterschiedlichen Berstdrücke in der konkreten Einbausituation ermittelt werden muß. Im Stand der Technik war stets die erste Membran wesentlich kleiner als die zweite Membran und hatte einen geringeren Berstdruck als die zweite. Dies wurde deshalb so ausgeführt, weil die erste Membran sehr schnell geöffnet werden sollte, so dass aus dem Gasgenerator schnell Gas ausströmen konnte. Die Erfindung sieht nun überraschenderweise die gegenteilige Lehre vor. Durch den insgesamt sehr hohen Berstdruck der ersten Membran muß sich vor dieser ein hoher Druck aufbauen, bis die Druckkammer geöffnet wird. Das bedeutet, wenn die Druckkammer geöffnet wird, ist außerhalb derselben ein höherer Gasdruck vorhanden als bei bisherigen Ausführungsformen. Damit wird aber die Druckwelle stärker, die die Druckkammer durchläuft und zur Zerstörung der zweiten Membran führen muß. Aufgrund der stärkeren Druckwelle wird jedoch die zweite Membrane extrem schnell geöffnet, so dass der oben beschriebene, ursprünglich erwartete Nachteil bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht auftritt.
Die obige Aufgabe wird bei einem eingangs genannten Gasgenerator auch dadurch gelöst, daß die durch die erste Membran geschlossene erste Öffnung eine wenigstens gleich große Querschnittfläche wie die durch die zweite Membran geschlossene zweite Öffnung besitzt, wobei die Querschnittsfläche der ersten Öffnung aber vorzugsweise größer als die der zweiten Öffnung ist. Wenn die durch den ersten Zünder freigelegte erste Öffnung relativ groß ist, wird der abrupte Druckabfall zwischen Druckkammer und angrenzender Kammer ebenfalls sehr groß sein, was zu einer sehr starken Schockwelle führt. Diese relativ starke Schockwelle kann dann bei einer gleich großen oder kleineren zweiten Öffnung und einer dementsprechend dimensionierten zweiten Membran zu einem leichten Öffnen derselben führen.
Die beiden Membranen sollten zueinander fluchtend ausgerichtet sein, so daß die Schockwelle unmittelbar auf die zweite Membran auftreffen kann.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist die Druckkammer langgestreckt ausgebildet, und an den Stirnseiten sind die Öffnungen vorgesehen. Vorzugsweise ist der Gasgenerator in diesem Zusammenhang ein langgestreckter Rohrgasgenerator, dessen Länge wenigstens das Dreifache von dessen Außendurchmesser beträgt.
Der Abstand der Membran sollte zwischen dem Fünf- bis Dreizehnfachen des größten Innendurchmessers der vorzugsweise über den größten Bereich kreiszylindrischen Druckkammer liegen.
Die Querschnittsfläche der ersten Öffnung, so hat sich herausgestellt, sollte etwa 1,1 (vorzugsweise 1,3) bis zehnmal größer, vorzugsweise 1,3– bis dreimal größer als die der zweiten Öffnung sein. Dieses Verhältnis hat sich als besonders vorteilhaft für das Öffnungsverhalten erwiesen.
Im Hinblick auf die einfache Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gasgenerators schlägt eine Ausführungsform vor, die erste Membran unmittelbar an der Innenseite der zylindrischen Außenwand der Druckkammer anzubringen. Eine andere Ausführungsform, die ebenfalls recht einfach umgesetzt werden kann, schlägt vor, die erste Membran als einstückigen Bestandteil der zylindrischen Außenwand der Druckkammer auszuführen. D.h., die Membran ist nicht etwa ein separates, an die Außenwand angeschweißtes Teil, sondern wird gleich von Haus aus einstückig mit der Außenwand hergestellt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Druckkammer durch eine als separates Teil ausgebildete Zylinderwand und zusätzlich durch ein hülsenförmiges Verschlußteil begrenzt wird. Das Verschlußteil hat einen Boden, der die erste Membran bildet.
Eine weitere Verbesserung im Hinblick auf ein schnelles, in engen Grenzen vorbestimmbares Zerstören der zweiten Membran wird erzielt, indem sich die Druckkammer innenseitig zur zweiten Membran verjüngt, vorzugsweise nahe an dieser. Damit wird die Stoßwelle ähnlich wie bei einer Linse gebündelt, um den dann auf die zweite Membran einwirkenden Druck zu erhöhen. Dieses Verjüngen sollte nicht dadurch erfolgen, daß beispielsweise senkrecht zur Längsachse und damit der Hauptströmungsrichtung liegende Absätze vorgesehen sind. Diese würden nämlich die Stoßwelle reflektieren. Vielmehr ist vorgesehen, daß der verjüngte Abschnitt in Strömungsrichtung von der ersten zur zweiten Membran ausschließlich solche Flächen besitzt, die schräg zur zweiten Membran hin gerichtet sind. Insbesondere eine trichterförmige Verjüngung ist hier vorteilhaft.
Auch der Druck in der Druckkammer vor ihrem Öffnen ist für das Öffnungsverhalten wichtig und sollte zwischen 240 und 1500 bar liegen.
Als Druckgas empfiehlt sich Helium, ein Helium/Argongemisch oder ein Helium/Argon/Sauerstoffgemisch.
Die zweite Membran ist dünner auszuführen als die erste Membran, vorzugsweise sogar so dünn, daß sie gerade dem Befülldruck plus einem Sicherheitszuschlag bei einer Temperatur von 85°C standhält.
Obwohl theoretisch auch ein einzelner Zünder, ggf. mit einer Verstärkerladung, ausreicht, um die erste Membran zu zerstören, sieht die bevorzugte Ausführungsform noch einen zusätzlichen pyrotechnischen Treibsatz zwischen Zünder und erster Membran vor, durch den Heißgas erzeugt wird, das sich mit dem Kaltgas in der Druckkammer mischt.
Gerade wenn ein pyrotechnischer Treibsatz vorgesehen ist, kann es vorteilhaft sein, vor der ersten Membran ein Sieb anzuordnen, das beim Abbrand erzeugte Partikel zurückhält.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird: In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Längsschnittansicht durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators und
2 eine Längsschnittansicht durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators.
In 1 ist ein langgestreckter Rohrgasgenerator zum Aufblasen eines Gassacks dargestellt, der aus sehr wenigen Einzelteilen besteht und sich durch ein gutes, reproduzierbares Öffnungsverhalten auszeichnet. Der Gasgenerator hat eine zentrale, langgestreckte, zylindrische Druckkammer 10, die mit einem Druckgas aus Helium, einem Helium/Argongemisch oder einem Helium/Argon/Sauerstoffgemisch bei einem Druck zwischen 240 bis 1500 bar gefüllt ist. Die Druckkammer 10 hat eine erste, große Öffnung 12 an der linken Stirnseite, die durch eine erste Membran 14 geschlossen ist, sowie am entgegengesetzten stirnseitigen Ende eine zweite, gleich große, vorzugsweise aber kleinere Öffnung 16, die durch eine zweite, kleinere Membran 18 geschlossen ist. Die Konstruktion ist so ausgeführt, dass der Berstdruck zum Freilegen der ersten Öffnung 12 größer ist als zum Freilegen der zweiten Öffnung 16. Die Druckkammer 10 wird seitlich durch eine zylindrische Außenwand mit einer als separates Teil ausgebildeten Zylinderwand 20 begrenzt, an die im Bereich der zweiten Öffnung 16 ein buchsenförmiger Diffusor 22 angeschweißt ist, welcher mit radialen Ausströmöffnungen 24 versehen ist. Die Membran 18 ist an eine Stirnseite des Diffusors 22 angeschweißt, der damit auch als Membranhalter fungiert.
Auf der entgegengesetzten Stirnseite wird ein hülsenförmiges Verschlußteil 26 stirnseitig an die Zylinderwand 20 angeschweißt. Der Boden des hülsenförmigen Verschlußteils 26 verjüngt sich radial einwärts stark und geht einstückig in die erste Membran 14 über. Die erste Membran 14 ist damit kein Einzelteil, das an eine Außenwand angeschweißt wird. Vor der ersten Membran 14 ist ein Sieb 28 angeordnet, das eine Brennkammer 30 begrenzt, welche mit einem pyrotechnischen Treibsatz 32 gefüllt ist. Von der offenen Stirnseite des hülsenförmigen Verschlußteils 26 aus ragt ein Zünder 34 in das Verschlußteil 26 hinein. Dieser ist zusätzlich auch noch in einer die Brennkammer 30 begrenzenden scheibenförmigen Stirnwand 36 positioniert.
Wie 1 zu entnehmen ist, ist die Zylinderwand 20 ausgehend von der ersten Membran 14 gleichmäßig und kreiszylindrisch dimensioniert und besitzt über fast die gesamte Länge einen gleichbleibenden Innendurchmesser. Zur zweiten Membran 18 hin jedoch ist die Zylinderwand 20 flaschenhalsförmig verjüngt ausgeführt. In diesem sich verjüngenden Abschnitt sind die in Strömungsrichtung S (Axialrichtung) weisenden Flächen so ausgeführt, daß sie zur zweiten Membran 18 hin schräg geneigt sind. Diese in Strömungsrichtung S weisenden Flächen sind mit 40, 42 bezeichnet. Kurz vor der zweiten Membran 18 hat die Druckkammer 20 einen Abschnitt mit gleichmäßigem Innendurchmesser.
Die zweite Membran 18 ist nicht nur dünner als die erste Membran 14, sie ist vom Durchmesser her auch deutlich kleiner, ebenso wie die zweite Öffnung 16 deutlich kleiner als die erste Öffnung 12 ist. Die Querschnittsfläche der ersten Öffnung 12 ist etwa 1,1– bis zehnmal größer als die der zweiten Öffnung, vorzugsweise etwa 1,3– bis dreimal größer. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser konkret etwa doppelt so groß.
Auch der Abstand der Membran 14, 18 zueinander ist wichtig, er beträgt zwischen etwa dem Fünf- bis dem Dreizehnfachen des größten Innendurchmessers D der Druckkammer 10. Die Verjüngung im Bereich der zweiten Öffnung 16 beträgt im übrigen wenigstens 30 % gegenüber dem größten Durchmesser D, d.h. der Durchmesser d beträgt weniger als 70 % des Durchmessers D.
Nach dem Aktivieren des Zünders 34 wird der pyrotechnische Treibsatz 32 abgebrannt, und das entstehende Druckgas zerstört die erste Membran 14. Es ergibt sich ein abrupter Druckabfall, durch den eine sogenannte Stoßwelle erzeugt wird, die sich in Strömungsrichtung S schlagartig durch die Druckkammer 10 fortsetzt, im Bereich des verjüngten Endes gebündelt wird und die zweite Membran 18 schließlich zerstört, so daß das Gemisch aus Druckgas und Heißgas aus dem Gasgenerator austritt.
Die Ausführungsform nach 2 entspricht im wesentlichen der in 1 gezeigten, so daß für funktionsgleiche Teile die bereits eingeführten Bezugszeichen verwendet werden. Bezüglich der Abmaße der Membranen und der Druckkammer 10 kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden. Zu betonen ist, daß die einzelnen unterschiedlichen Merkmale in den 1 und 2 beliebig miteinander kombiniert werden können.
Die Ausführungsform nach 2 hat kein hülsenförmiges Verschlußteil 26, die Zylinderwand 20 erstreckt sich vielmehr auch bis über die Brennkammer 30 hinaus. Eine ringförmige Vertiefung 50 dient der Positionierung und Befestigung der ersten Membran 14, die als separates Teil ausgeführt und durch Kondensatorentladungsschweißen innenseitig an der Zylinderwand 20 angebracht ist. Am gegenüberliegenden Ende ist ein Membranhalter 52 für die zweite Membran 18 vorgesehen, der ohne Diffusorabschnitt ausgeführt ist, sondern ein düsenförmiges Ende hat. Um das verjüngte Ende herum ist dann eine Diffusorkappe 54 gesetzt, die durch Vercrimpen an der Zylinderwand 20 angebracht ist.
Die Montage erfolgt, indem zuerst die Druckkammer 10 bei verschlossener erster Öffnung 12 mit Druckgas über die offene zweite Öffnung 16 befüllt wird. Anschließend wird diese zweite Öffnung 16 mittels der zweiten Membran 18 geschlossen.
Bei beiden Ausführungsformen wird der Durchmesser der ersten Membran 14 maximiert, er entspricht fast (bis auf wenigstens 85 %) dem Durchmesser der Druckkammer 10 unmittelbar an der Stirnseite mit der ersten Öffnung 12, d.h. es wird quasi die gesamte die Druckkammer 10 begrenzende Stirnwand durch die Membran 14 gebildet und freigelegt, wenn der Gasgenerator aktiviert wird. Zünder 34, erste und zweite Membran 14, 18 sind miteinander fluchtend und konzentrisch zu der Längsachse A ausgerichtet.

Claims

Gasgenerator, insbesondere für Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme, mit einer mit Druckgas gefüllten Druckkammer (10), einem außerhalb der Druckkammer (10) angeordneten pyrotechnischen Zünder (34), einer dem Zünder (34) nahen ersten Membran (14), die eine erste Öffnung (12) der Druckkammer (10) schließt, einer vom Zünder (34) entfernteren zweiten Membran (18), die eine zweite Öffnung (16) der Druckkammer schließt, wobei beide Membran (14, 18) auf Aktivieren des Zünders (34) hin zerstört werden, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Membran (14) so ausgebildet ist, dass sie bei einem höheren Berstdruck reißt als die zweite Membran (18).
Gasgenerator, insbesondere nach Anspruch 1, mit einer mit Druckgas gefüllten Druckkammer (10), einem außerhalb der Druckkammer (10) angeordneten pyrotechnischen Zünder (34), einer dem Zünder (34) nahen ersten Membran (14), die eine erste Öffnung (12) der Druckkammer (10) schließt, einer vom Zünder (34) entfernteren zweiten Membran (18), die eine zweite Öffnung (16) der Druckkammer schließt, wobei beide Membran (14, 18) auf Aktivieren des Zünders (34) hin zerstört werden, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die erste Membran (14) geschlossene erste Öffnung (12) eine wenigstens gleich große Querschnittsfläche wie die durch die zweite Membran (18) geschlossene zweite Öffnung (16) besitzt.
Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Membran (14, 18) zueinander fluchtend ausgerichtet sind.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (10) langgestreckt ausgebildet ist und an den Stirnseiten die Öffnungen (12, 16) vorgesehen sind.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Membran (14, 18) zwischen dem Fünf- bis Dreizehnfachen des größten Innendurchmessers (D) der Druckkammer (10) ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der ersten Öffnung (12) etwa 1,1 bis zehnmal größer als die der zweiten Öffnung (16) ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der ersten Öffnung (12) etwa 1,3 bis zehnmal größer als die der zweiten Offnung (16) ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der ersten Öffnung (12) etwa 1,3- bis dreimal größer als die der zweiten Öffnung (16) ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Membran (14) unmittelbar an der Innenseite der zylindrischen Außenwand der Druckkammer (10) angebracht ist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Membran (14) einstückiger Bestandteil der zylindrischen Außenwand der Druckkammer (10) ist.
Gasgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (10) durch eine als separates Teil ausgebildete Zylinderwand (20), die wenigstens einen Abschnitt der zylindrischen Außenwand bildet, und ein hülsenförmiges Verschlußteil (26) begrenzt ist, dessen Boden die erste Membran (14) bildet.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Druckkammer (10) zur zweiten Membran (18) verjüngt.
Gasgenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der verjüngte Abschnitt in Strömungsrichtung (S) von der ersten zur zweiten Membran (14, 18) ausschließlich zur zweiten Membran (18) hin schräg geneigte Flächen (40, 42) besitzt.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckkammer (10) vor ihrem Öffnen ein Druck zwischen 240 bis 1500 bar herrscht.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckgas Helium, ein Helium/Argongemisch oder ein Helium/Argon/Sauerstoffgemisch in die Druckkammer (10) eingebracht ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Membran (18) dünner als die erste Membran (14) ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Zünder (34) und erster Membran (14) eine mit einem pyrotechnischen Treibsatz (32) gefüllte Brennkammer (30) liegt.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der ersten Membran (14) ein Sieb (28) angeordnet ist.