DE4005768A1 - Gasgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zylinderförmigen Gasgenerator für das aufblasbare Schutzkissen (Airbag) eines Aufprallschutzsystems für Fahrzeuginsassen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Da auf der Beifahrerseite das Schutzkissen aufgrund seiner größeren Entfernung vom Insassen nahezu doppelt so groß ist wie dasjenige, das für den Fahrer im Lenkrad eingebaut ist, ist es bekannt, an der Beifahrerseite zwei Gasgeneratoren, wie sie auf der Fahrerseite Verwendung finden, nebeneinander einzubauen.

Vor allem Personen, insbesondere Kinder, die sich auf der Beifahrersitze nicht im Sitz, sondern unmittelbar vor dem Armaturenbrett aufhalten (sog. "Out-Off-Position") können jedoch Verletzungen erleiden, wenn sie von dem Airbag mit einem Schlag nach rückwärts in den Sitz gestoßen werden. Auch wird das Material des Schutzkissens bei einem einzigen schlagartigen Aufblasen stark beansprucht.

Zum Erreichen einer optimalen Schutzfunktion sowie zur Herabsetzung der Schallbelastung und der Beanspruchung des Schutzkissenmaterials werden daher in der Regel die beiden Gasgeneratoren durch eine elektronische Regelung in einem gewissen Abstand von beispielsweise 15 ms elektrisch gezündet. Dazu ist jedoch eine aufwendige Elektronik erforderlich.

Zur Baugrößenreduzierung des Systems an der Beifahrerseite ist ferner ein einziger, im Vergleich zu den erwähnten zwei Gasgeneratoren, kompakterer Gasgenerator bekannt, der entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildet ist (DE-PS 23 30 194).

Dabei ist nach einer Ausführungsform des bekannten Gasgenerators die Brennkammer im mittleren Bereich des zylinderförmigen Gehäuses angeordnet. Zwei Filterkammern schließen sich rechts und links an die Brennkammer an. Die Anzündung des Treibstoffs erfolgt mit zwei redundant wirkenden Anzündeinheiten. Die Filterkammern sind nach der DE-PS 23 30 194 im Längsschnitt meanderförmig ausgebildet. Es ist jedoch auch bekannt, in jeder der Filterkammern ein rohrförmiges Filter anzuordnen, das sich nach außen an einem Außenrohr abstützt, das mit den Austrittöffnungen versehen ist. Da nur eine bzw. zwei redundant wirkende Anzündeinheiten vorgesehen sind, erfolgt der Abbrand des Treibstoffs bei dieser Ausführungsform relativ rasch, so daß insbesondere bei einem "Out-Off-Position"-Aufenthalt Verletzungsgefahr besteht, das Schutzkissen stark beansprucht wird und darüber hinaus die Schallbelastung hoch ist.

Demgemäß wird in der DE-PS 23 30 194 eine weitere Ausführungsform vorgeschlagen, bei der an den beiden Endabschnitten des zylinderförmigen Gehäuses jeweils eine Brennkammer vorgesehen ist, an die sich zur Zylindermitte hin die eine bzw. andere Filterkammer anschließt, die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind. Jede Brennkammer weist eine Anzündeinheit auf, wobei die beiden Anzündeinheiten zeitlich versetzt angesteuert werden. Auch dies setzt wiederum eine aufwendige Elektronik voraus. Darüber hinaus erfordert diese Ausführungsform des bekannten Gasgenerators beispielsweise durch die beiden getrennten Filterkammern einen hohen Montageaufwand.

Aus Gründen einer guten Gasfilterung, aber auch, um die thermische und mechanische Belastung des Filters herabzusetzen, sollte die freie Filterfläche im Verhältnis zur Treibstoffmenge relativ groß sein. Diese Voraussetzung ist bei den beispielsweise gemäß der DE-AS 29 15 202 aufgebauten toroidförmigen Gasgeneratoren für die Fahrerseite erfüllt. Wenn jedoch bei einem zylinderförmigen Gasgenerator durch Vergrößerung der Filterkammer die Filterfläche auf ein Maß, wie es dem Verhältnis von freier Filterfläche zu Treibstoffmenge bei dem Gasgenerator nach der DE-AS 29 15 202 entspricht, vergrößert wird, geht der wesentliche Vorteil des zylinderförmigen Gasgenerators, nämlich seine kompakte Bauweise, wieder verloren.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gasgenerator, insbesondere für die Beifahrerseite, bereitzustellen, der bei optimaler Schutzfunktion und kleinem Bauvolumen einen geringen Herstellungsaufwand erfordert und eine große freie Filterfläche besitzt.

Dies wird erfindungsgemäß durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Gasgenerator erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.

Nach der Erfindung werden also zwei getrennte Brennkammergehäuse verwendet, die aus Gründen der Wirtschaftlichkeit (Herstellung, Lagerhaltung) vorzugsweise gleich aufgebaut sind. Jedes der beiden Brennkammergehäuse besteht dabei aus einem verjüngten zylindrischen Abschnitt und einem erweiterten zylindrischen Abschnitt, die die beiden Endabschnitte des zylinderförmigen Gasgenerators bilden.

Nur in der ersten Brennkammer ist eine Anzündeinheit vorgesehen, so daß eine aufwendige Elektronik zum Initiieren der Zündung der Anzündeinheit entfällt.

Durch die Überzündöffnung zwischen den beiden Brennkammern erfolgt ein zeitlich verzögerter Abbrand des Treibstoffs in der zweiten Brennkammer, wodurch eine optimale Schutzfunktion und eine Herabsetzung der Schallbelastung gewährleistet ist. Die zeitliche Verzögerung kann ggfs. durch eine weitere Abbrandverzögerung, beispielsweise durch ein Blech, eine Blende, ein Drahtgestrick oder dgl., vor oder nach der Überzündöffnung nachgesteuert werden. Auch können zur Erzielung eines bestimmten Druckverlaufs die beiden Brennkammern jeweils mit einem Treibstoff unterschiedlicher Geometrie gefüllt sein.

Die Filterkammer ist bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator um die einander zugewandten verjüngten Abschnitte der beiden Brennkammern angeordnet. In diesen Abschnitten sind die Übertrittsöffnungen vorgesehen, die die Brennkammern mit der Filterkammer verbinden. Die Treibgase der ersten Brennkammer wie der zweiten Brennkammer, die, wie erwähnt, in einem bestimmten zeitlichen Abstand erzeugt werden, strömen damit durch ein und dieselbe Filterkammer und damit durch eine relativ große freie Filterfläche. Der erfindungsgemäße Gasgenerator besitzt somit bei einem kleinen Bauvolumen eine relativ große freie Filterfläche. Außerdem ist der Montageaufwand bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator wesentlich reduziert.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasgenerators zeigt.

Der zylinderförmige Gasgenerator weist zwei in Richtung der Zylinderlängsachse 1 nebeneinander angeordnete Brennkammer 2, 3 auf. Das Gehäuse 4, 5 jeder Brennkammer 2, 3 besteht aus einem verjüngten, also im Durchmesser reduzierten zylindrischen Abschnitt 6, 7 und einem auf den Außenumfang des zylindrischen Gasgenerators erweiterten zylindrischen Abschnitt 8, 9, der die beiden Endabschnitte des zylinderförmigen Gasgenerators bildet. Der Außendurchmesser der erweiterten zylindrischen Abschnitte 8, 9 entspricht also dem Außendurchmesser des Gasgenerators. Die verjüngten Abschnitte 6, 7, die mit ihren Enden aneinanderstoßen, werden von einer Filterkammer 10 umschlossen.

Durch die Umfangswand des erweiterten Abschnitts 8 der ersten Brennkammer 2 ragt quer zur Zylinderachse 1 das Anzündgehäuse 11 einer Anzündeinheit 12 in die erste Brennkammer 2. Die Anzündeinheit 12 weist eine Anzündpille 13 und eine Anzündmischung 14 auf. Durch Anzündöffnungen 15 im Gehäuse 11 ist die Anzündeinheit 12 mit der ersten Brennkammer 2 verbunden.

Die Brennkammern 2, 3 sind mit Treibstoff-Pellets 16, 17 gefüllt, an den Stirnseiten des Gasgenerators durch Deckel 18, 19 verschlossen und durch eine Überzündöffnung 20 in den aneinanderstoßenden Enden der verjüngten Brennkammergehäuseabschnitte 6, 7 miteinander verbunden.

Der Durchmesser der Überzündöffnung 20 ist so bemessen, daß die Treibstoff-Pellets 16, 17 nicht ohne weiteres von einer Brennkammer 2, 3 in die andere gelangen können.

Die Brennkammern 2, 3 sind mit der Filterkammer 10 durch Übertrittsöffnungen 21, 22 verbunden, die in der Umfangswand der verjüngten zylindrischen Abschnitte 6, 7 der Brennkammergehäuse 4, 5 vorgesehen sind.

Die Filterkammer 10 wird durch die mit den Übertrittsöffnungen 21, 22 versehenen Umfangswände der verjüngten zylindrischen Abschnitte 6, 7 der Brennkammergehäuse 4, 5, die Seitenwände 23, 24, die die verjüngten Abschnitte 6, 7 mit dem erweiterten Abschnitt 8, 9 jedes Gehäuses 4, 5 verbinden, sowie durch das Außenrohr 25 begrenzt, das mit schlitzförmigen Austrittsöffnungen 26 versehen ist und zugleich den Außenumfang des mittleren Abschnitts des zylinderförmigen Gasgenerators bildet.

Die Seitenwände 23, 24 zwischen dem verjüngten Abschnitt 6, 7 und dem erweiterten Abschnitt 8, 9 jedes Brennkammergehäuses 4, 5 sind mit zwei ringförmigen Stufen 27, 28 bzw. 29, 30 versehen.

In der Filterkammer 10 ist radial von innen nach außen ein Zugrohr 31 mit Durchtrittsöffnungen 32, ein rohrförmiger Vorfilter 33, das beispielsweise ein Maschengestrick, ein Vlies oder dgl. sein kann, ein Zwischenrohr 34 mit Durchtrittsöffnungen 35, an dem der Vorfilter 32 anliegt, sowie ein rohrförmiger Hauptfilter 36 vorgesehen, der an dem Außenrohr 25 anliegt und beispielsweise aus mehreren, z. B. drei, Drahtgewebelagen bestehen kann.

Das Zwischenrohr 34 liegt auf den Stufen 27, 29 der Seitenwände 23, 24 und der Filter 36 mit dem Außenrohr 25 auf den Stufen 28, 30 der Seitenwände 23, 24 auf. Das Außenrohr 25 kann dabei zum Abdichten der Filterkammer 10 und zur Befestigung der beiden Brennkammergehäuse 4, 5 aneinander mit den Brennkammergehäusen 4, 5, z. B. durch Reib- oder Elektronenstrahlschweißen, verschweißt sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator sind durch Verwendung nur einer Filterkammer 10 bzw. eines Hauptfilters 36 also nur die beiden Enden des Außenrohres 25 bzw. Filters 36 genau einzupassen und mit den Brennkammergehäusen 4, 5 ggfs. zu verschweißen. An den Stellen besteht grundsätzlich die Gefahr einer Leckage und damit unzureichenden Filterung. Da erfindungsgemäß nur zwei solche Stellen vorgesehen sind, ist diese Gefahr wesentlich reduziert.

An der Überzündöffnung 20 sind die aneinanderstoßenden Enden der verjüngten zylindrischen Abschnitte 6, 7 der Brennkammern 2, 3 jeweils mit einem radial nach innen gerichteten Ringflansch 37, 38 versehen. Die Ringflansche 37, 38 werden von einer Hohlniet 39 übergriffen, um die beiden Brennkammergehäuse 4, 5 miteinander zu verbinden. Zwischen den Ringflanschen 37, 38 ist ein O-Ring 40 zur Abdichtung angeordnet.

Der Befestigung der beiden Brennkammergehäuse 4, 5 aneinander dient ferner das Zugrohr 31, an dem sich der Vorfilter 32 nach innen abstützt. Das Zugrohr 30 ist dazu an seinen beiden Enden mit zur Zylinderachse 1 hin gekrümmten hakenförmigen Ringabschnitten 41, 42 versehen, die an, z. B. durch Ausdrehungen gebildeten, ringförmigen Vorsprüngen 43, 44 an der Außenseite der Umfangswand der verjüngten zylindrischen Abschnitte 6, 7 der Brennkammergehäuse 4, 5 verhakt sind.

Die Brennkammergehäuse 4, 5 werden vorzugsweise durch Fließpressen hergestellt. Dadurch ist es ohne weiteres möglich, die Stufen 27 bis 30 auszubilden, die zur Zentrierung des Vorfilters 34 bzw. Zwischenrohrs 35 und des Außenrohres 25 vorgesehen sind. Zugleich werden beim Fließpressen durch Materialanhäufung relativ starke Ringflansche 37, 38 ausgebildet.

Statt durch Fließpressen können die Brennkammergehäuse 4, 5 jedoch auch durch andere Verfahren, beispielsweise Tiefziehen, gebildet werden.

Vor den Übertrittsöffnungen 21, 22 an der Innenseite der verjüngten Abschnitte 6, 7 der Brennkammergehäuse 4, 5 ist ein Rückhaltesieb 45, 46 vorgesehen, um ein Verblocken der Übertrittsöffnungen 21, 22 durch die Treibstoff-Pellets 16, 17 zu verhindern. Ferner ist zum Volumenausgleich Maschengestrick 47, 48 zwischen den Treibstoff-Pellets 16, 17 und den Deckeln 18, 19 vorgesehen.

Beide Brennkammern 2, 3 ragen bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator mit ihren verjüngten Abschnitten 6, 7 in den Raum, der von der ringförmigen Filterkammer 10 umschlossen wird. Damit weist der erfindungsgemäße Gasgenerator ein relativ kleines Bauvolumen auf.

Wenn der Treibstoff 16 in der ersten Brennkammer 2 durch die Anzündeinheit 12 gezündet wird, strömt das gebildete Treibgas durch die Übertrittsöffnungen 21 entsprechend dem Pfeil 50 in die Filterkammer 10, so daß die Filterkammer 10 mit ihrer gesamten Länge und damit der Filter 36 (und natürlich auch der Vorfilter 33) mit seiner gesamten Fläche zur Filterung des von dem Treibstoff 16 der ersten Brennkammer 2 produzierten Treibgases zur Verfügung steht. Wenn der Abbrand des Treibstoffs 16 in der ersten Brennkammer 2 zu der Überzündöffnung 20 fortgeschritten ist, wird der Treibstoff 17 in der zweiten Brennkammer 3 gezündet. Damit wird mit zeitlicher Verzögerung aus dem Treibstoff 17 Treibgas gebildet, das entsprechend dem Pfeil 51 durch die Übertrittsöffnungen 22 und zum Teil auch durch die Überzündöffnung 20 und die Übertrittsöffnungen 21 in die Filterkammer 10 strömt, so daß die Filterkammer 10 nun mit ihrer gesamten Länge und damit der Filter 36 (und natürlich auch der Vorfilter 33) mit seiner gesamten Fläche zur Filterung des von dem Treibstoff 17 der zweiten Brennkammer 3 produzierten Treibgases zur Verfügung steht. Die freie Filterfläche ist damit sowohl für die vom Treibstoff 16 wie für die vom Treibstoff 17 produzierten Treibgase groß.

Die Montage des erfindungsgemäßen Gasgenerators kann so erfolgen, daß auf ein, beispielsweise das Brennkammergehäuse 4, das Zugrohr 31, der Vorfilter 33, das Zwischenrohr 34, der Filter 36 und das Außenrohr 25 aufgesteckt werden. Dann wird von oben das zweite Brennkammergehäuse 5 aufgesteckt, wobei die beiden Brennkammern 4, 5 durch Zugrohr 31 miteinander verhakt werden. Anschließend wird die Niet 39 eingeführt, worauf die beiden Ringflansche 37, 38 miteinander vernietet werden. Dann wird das Rückhaltesieb 45 von unten und das Rückhaltesieb 46 von oben in das Brennkammergehäuse 4 bzw. 5 geschoben und anschließend werden die Treibstoff-Pellets 17 in die Brennkammer 3 gegeben, worauf der Deckel 19 durch Aufpressen vorläufig befestigt wird. Das Ganze wird nun umgedreht, so daß die Treibstoff-Pellets 16 in die Brennkammer 2 gegeben werden können, worauf die Brennkammer 2 mit dem Deckel 18 verschlossen wird. Beide Deckel 18, 19 werden anschließend mit dem Brennkammergehäuse 4 bzw. 5 verschweißt. Schließlich wird die Anzündeinheit 12 in das Anzündgehäuse 11 gesteckt und darin gesichert, welches z. B. durch Verschweißen an der ersten Brennkammer 2 befestigt ist.

Wenn keine Hohlniet 39 verwendet wird, ist es weiterhin möglich, die beiden Brennkammern 2, 3 von der Öffnung am Ende der verjüngten Abschnitte 6, 7 her zu füllen und anschließend beide Brennkammern 2, 3 miteinander zu verbinden. Beispielsweise ist ein Gewindering denkbar, in den die verjüngten Gehäuseabschnitte 6, 7 von beiden Seiten einschraubbar sind. Diese Montagemöglichkeit hat mehrere fertigungstechnische Vorteile, u. a. ist kein Schweißen an dem mit Treibstoff gefüllten Generator erforderlich, wie bei den gängigen Konzepten bisher.

Claims (10)

1. Zylinderförmiger Gasgenerator für das aufblasbare Schutzkissen eines Aufprallschutzsystems für Fahrzeuginsassen, in dem eine mit Festtreibstoff beladene Brennkammer mit einer Anzündeinheit und eine mit der Brennkammer durch Übertrittsöffnungen verbundene Filterkammer angeordnet ist, welche mit Austrittsöffnungen am Zylinderumfang versehen ist, durch die das Treibgas in das Sitzkissen strömt, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Richtung der Zylinderachse (1) an die eine, erste Brennkammer (2) mit der Anzündeinheit (12) eine mit der ersten Brennkammer (2) über eine Überzündöffnung (20) verbundene zweite mit Festtreibstoff (17) beladene Brennkammer (3) anschließt und die Filterkammer (10) die beiden Brennkammern (2, 3) zumindest an deren einander zugewandten Abschnitten koaxial umschließt.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4, 5) jeder der beiden Brennkammern (2, 3) aus einem verjüngten zylindrischen Abschnitt (6, 7) und einem auf den Umfang des zylindrischen Gasgenerators erweiterten zylindrischen Abschnitt (8, 9) besteht, der die beiden Endabschnitte des zylinderförmigen Gasgenerators bildet, wobei die beiden einander zugewandten verjüngten Abschnitte (6, 7) von der Filterkammer (10) umschlossen werden, deren Außenumfang dem Außenumfang des zylinderförmigen Gasgenerators entspricht, und beide Brennkammergehäuse (4, 5) fest miteinander verbunden sind.

3. Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erweiterten zylindrischen Abschnitte (8, 9) der Brennkammergehäuse (4, 5) jeweils durch einen Deckel (18, 19) nach außen verschlossen sind.

4. Gasgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzündeinheit (12) sich durch die Umfangswand des erweiterten zylindrischen Abschnitts (6) des Gehäuses (4) in die erste Brennkammer (2) erstreckt.

5. Gasgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Festtreibstoff (16, 17) stückig ausgebildet ist und die Überzündöffnung (20) einen Durchmesser aufweist, der einen freien Übertritt des Festtreibstoffs (16, 17) von einer Brennkammer (2, 3) zur anderen verhindert.

6. Gasgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Filterkammer (10) ein rohrförmiger Filter (36) vorgesehen ist, der sich nach außen an einem mit Austrittsöffnungen (26) versehenen Außenrohr (25) abstützt, das den mittleren Abschnitt des Außenumfangs des zylinderförmigen Gasgenerators bildet.

7. Gasgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Brennkammergehäuse (4, 5) an den aneinander zugewandten Enden ihrer verjüngten Abschnitte (6, 7) jeweils mit einem radial nach innen gerichteten Ringflansch (37, 38) versehen sind und beide Ringflansche (37, 38) durch eine Hohlniet (39) übergriffen werden, um die beiden Brennkammergehäuse (4, 5) miteinander zu verbinden.

8. Gasgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Durchtrittsöffnungen (32) versehenes, um die verjüngten Abschnitte (6, 7) der beiden Brennkammergehäuse (4, 5) angeordnetes Zugrohr (31) vorgesehen ist, das die beiden Brennkammergehäuse (4, 5) miteinander verbindet.

9. Gasgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit den Austrittsöffnungen (26) versehene Außenrohr (25) die beiden Brennkammergehäuse (4, 5) miteinander verbindet.

10. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Brennkammergehäuse (4, 5) durch Fließpressen hergestellt sind.