DE4106716A1 - Druckbehaelter zur speicherung eines gases mit einem ausstroemventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckbehälter zur Speicherung eines Gases, das zum Aufblasen eines Gaskissens zum Schutz von Insassen eines Fahrzeugs dient, mit einem Ausströmventil, das an einer Sollbruchzone mit dem Gehäuse des Druckbehälters ver­ bunden ist und einen sich zu einem im Behälterinneren angeord­ neten pyrotechnischen System erstreckenden Kolben enthält, der bei einer Zündung des pyrotechnischen Systems die Sollbruchzone des Gehäuses durchstößt und eine Ausströmöffnung für das Gas freigibt.

Ein solcher Druckbehälter ist aus der DE-AS 21 18 745 bekannt. Dabei ist ein Ausströmventil im Inneren des Druckbehälters an­ geordnet und mit einem in einen im Behälterinneren integrierten Gasgenerator ragenden Kolben versehen, dessen anderes Ende mit der Wandung des Druckbehälters im Bereich einer Sollbruchzone verbunden ist. Der Kolben besitzt eine zylindrische Form. Nach dem Zünden des Gasgenerators drückt der Kolben die Sollbruch­ zone der Wandung des Druckbehälters nach außen und gibt so eine Ausströmöffnung für das im Druckbehälter gespeicherte Gas frei. Die Sollbruchzone ist kreisförmig, so daß sich bei ausgefahre­ nem zylindrischem Kolben eine kreisringförmige Ausströmöffnung für das Gas ergibt. Der Querschnitt dieser Ausströmöffnung ändert sich während der axialen Bewegung des Kolbens bis zu seiner Endposition nicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckbehälter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Ausströmcharakteristik der Ausströmöffnung auch während der Öffnungsbewegung des Ausströmventils gezielt beeinflußt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Ausströmventil einen an die Sollbruchzone anschließenden und sich in Richtung des pyrotechnischen Systems erstreckenden Steuerkörper enthält, dessen Querschnitt sich in axialer Richtung des Ausströmventils ändert.

Dadurch wird die Größe der Ausströmöffnung, deren äußerer Rand durch die Kontur der Sollbruchzone festgelegt ist, während der Öffnungsbewegung des Ausströmventils verändert. Durch diese Maßnahme kann das Ausströmen des Gases aus dem Druckbehälter in das Gaskissen auch während der Öffnungsbewegung des Ausström­ ventils zeitlich beeinflußt werden. Durch die Form des Steuer­ körpers ist es beispielsweise möglich, durch ein weiches An­ fahren der Ausströmkennlinie eine Überlastung des Gaskissens zu Beginn des Ausströmvorgangs zu vermeiden.

In Ausgestaltung der Erfindung verjüngt sich der Steuerkörper in Richtung des pyrotechnischen Systems. Mit zunehmender Öff­ nungsbewegung des Ausströmventils vergrößert sich daher die Ausströmöffnung des Druckbehälters.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Sollbruchzone eine kreisförmige Sollbruchlinie auf und der Steuerkörper ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine kreisringförmige Ausströmöffnung, die gleichmäßige Ausströmver­ hältnisse gewährleistet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Steuerkörper mit einer im Längsschnitt gekrümmten Außenkontur versehen. Dadurch ist es möglich, auch eine komplizierte Ausströmcharak­ teristik wie beispielsweise eine S-schlagförmige Kennlinie des Druckverlaufs über die Ausströmzeit zu realisieren.

Zweckmäßig ist in weiterer Ausgestaltung dem Ausströmventil außerhalb des Druckbehälters ein mit einer sich in axialer Richtung zum Ausströmventil erweiternden Innenwandung ver­ sehener Diffusor nachgeschaltet, der den Steuerkörper in seiner die Ausströmöffnung des Druckbehälters freigebenden Position zentriert und fixiert. Dadurch erhält das Ausströmventil eine definierte Endposition, die gleichzeitig den maximalen Aus­ strömquerschnitt der Ausströmöffnung definiert.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die anhand der Zeichnungen darge­ stellt sind.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen teilgeschnittenen Dar­ stellung eine Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen Druckbehälters, in dem ein als pyrotechnisches System dienender Gasgenerator sowie ein mit diesem verbundenes Ausströmventil integriert sind, das einen Steuerköper enthält und dem ein Diffusor nachgeschal­ tet ist,

Fig. 2 einen Ausschnitt des Druckbehälters nach Fig. 1, in dem das Ausströmventil in seiner die Ausströmöffnung des Druckbehälters freigebenden und durch den Diffusor zentrierten Endposition dargestellt ist,

Fig. 3 eine Ausführungsform eines Steuerkörpers des Aus­ strömventils und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines Steuerkörpers ähnlich Fig. 3.

In einem Druckbehälter (1, 2, 3) nach Fig. 1 ist ein Gas, bei­ spielsweise Stickstoff, unter hohem Druck gespeichert, das zum Aufblasen eines Gaskissens zum Schutz von Insassen eines Fahr­ zeugs dient. Im Ausführungsbeispiel besteht der Druckbehälter (1, 2, 3) aus einem zentralen Ventilträger (1), an den zwei Behälterschalen (2, 3) gasdicht angeschlossen sind. Der Druck­ behälter (1, 2, 3) ist relativ dünnwandig und besteht aus einem Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium. Der gesamte Druck­ behälter (1, 2, 3) ist von einer nicht dargestellten Faserver­ bundwicklung umgeben, die den Druckbehälter (1, 2, 3) so weit verstärkt, daß er das Gas mit einem Druck von 400 bis 500 bar speichern kann.

Der zentrale Ventilträger (1) bildet ein Hohlprofilteil, das - in Fig. 1 oben gelegen - mit einer radial nach außen gerich­ teten, einen Kreisquerschnitt aufweisenden Öffnung (13) versehen ist. Auf der der Öffnung (13) gegenüberliegenden Seite des zentralen Ventilträgers (1) ist in diesem ein Gasgenerator (4) eines pyrotechnischen Systems befestigt. Der Gasgenerator (4) besitzt eine im wesentlichen hohlzylindrische Form und ist koaxial zur Achse (12) der Öffnung (13) gasdicht in eine entsprechende Aussparung des Ventilträgers (1) eingeschweißt. Am Boden des Gasgenerators (4) ist ein mit einer Treibladung versehener Zünder (16) angeordnet, der mittels eines bei einem Unfall schließbaren elektrischen Stromkreises (15) gezündet werden kann. Als Treibladung dient beispielsweise ein Fest­ stoff, der bei seiner Zündung ein Treibgas entwickelt. Im Gasgenerator (4) ist ein Kolben (5) in Richtung der Achse (12) gleitbeweglich geführt, dessen Kolbenstange durch das Gehäuse des Gasgenerators (4) in Richtung der Öffnung (13) nach oben hindurchragt. Der Gasgenerator (4) ist hermetisch abgedichtet, so daß zwar der Kolben (5) axial beweglich ist, bei der Zündung des Zünders (16) jedoch kein Treibgas in das Innere des Druck­ behälters (1) oder an die Umgebung abströmen kann.

Auf die Kolbenstange des Kolbens (5) ist ein Steuerkörper (7) aufgesetzt, der rotationssymmetrisch ausgebildet ist und in der in Fig. 1 gezeigten Ruhestellung des Kolbens (5) im Bereich der Öffnung (13) des Ventilträgers (1) endet. Der Steuerkörper (7) kann auch Teil der Kolbenstange des Kolbens (5) sein. Am oberen Rand des Stellerkörpers (7) ist ein Ring (14) angeformt, der im Bereich der Öffnung (13) in eine entsprechende Aussparung des Gehäuses des Ventilträgers (1) eingepaßt und gasdicht mit diesem verschweißt ist. Zwischen dem Ring (14) und dem Steuer­ körper (7) befindet sich eine kreisförmige Sollbruchlinie (8), deren Durchmesser in etwa dem der Öffnung (13) entspricht. Von seinem oberen Ende ausgehend verjüngt sich der Steuerkörper (7) relativ zur Achse (12) in Richtung zum Gasgenerator (4) in das Behälterinnere hinein. Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 weist der Steuerkörper (7) im Längsschnitt zwei Seiten mit einer konkaven Außenkontur auf.

Der Steuerkörper (7′′) nach Fig. 4 weist demgegenüber eine konvexe Außenkontur auf. Der Steuerkörper (7′) nach Fig. 3 ist abgestuft und weist in seinem oberen Bereich eine sich kegel­ stumpfförmig verjüngende Außenkontur auf, an die mittels eines konkav gerundeten Übergangs eine zylindrische Außenkontur an­ schließt.

Oberhalb der Öffnung (13) ist koaxial zur Achse (12) des Ausströmventils (5, 7) ein Diffusor (9) angeordnet, der dem Ausströmventil nachgeschaltet ist und zur rückstoßfreien Ausströmung und Verteilung des aus dem Druckbehälter (1, 2, 3) strömenden Gases in das Gaskissen dient. Der Diffusor (9) ist mittels einer kegelstumpfförmigen, zur Achse (12) konzentri­ schen Innenwandung (10) zum Ausströmventil (5, 7) hin geöffnet und weist vier diametral gegenüberliegende, radial nach außen gerichtete zylindrische Öffnungen (11) auf, die das ausströmen­ de Gas in das Gaskissen leiten. Die sich zum Ausströmventil (5, 7) hin erweiternde kegelstumpfförmige Innenwandung (10) ist so ausgelegt, daß sie den Steuerkörper (7) beim noch zu beschrei­ benden Öffnungsvorgang in der Öffnung (13) zentriert und in einer eine maximale Ausströmöffnung freigebenden Endposition fixiert. Die Position ist in Fig. 2 dargestellt.

Sobald in der Ruheposition des Ausströmventils (5, 7) nach Fig. 1 der Zünder (16) im Gasgenerator (4) gezündet wird und das durch den verbrennenden Feststoff entstehende Treibgas den Kolben (5) nach oben drückt, so bricht der Steuerkörper (7) des Ausströmventils entlang der Sollbruchlinie (8) vom Ring (14) ab, wodurch eine kreisringförmige Ausströmöffnung durch die Innenwandung der durch die Sollbruchlinie (8) definierten Öffnung (13) und die Außenkontur des Steuerkörpers (7) ent­ steht. Mit der fortschreitenden Bewegung des Steuerkörpers (7) in Richtung des Diffusors (9) vergrößert sich die Ausströmöff­ nung so lange, bis die obere Kante des Steuerkörpers (7) an der kegelstumpfförmigen Innenwandung (10) des Diffusors (9) zur Anlage kommt und dort in einer zentrierten Endposition fixiert ist. Die Größe der Ausströmöffnung ändert sich daher während des Öffnungsvorgangs des Steuerkörpers (7) ständig und ist jeweils durch den Bereich der Außenkontur des Steuerkörpers (7) definiert, der sich momentan auf Höhe der Sollbruchlinie (8) an der Öffnung (13) befindet. Zu Beginn der Öffnungsbewe­ gung ist die Ausströmöffnung aufgrund der Form des Steuer­ körpers relativ schmal, so daß die Kennlinie einer anhand eines Druck-Zeit-Diagramms darstellbaren Ausströmcharakteristik der Ausströmöffnung zu Beginn flach ansteigt. Dadurch wird eine Oberlastung des Gaskissens vermieden. Vorzugsweise ist der Steuerkörper (7) so geformt, daß sich während des Ausströmvor­ gangs eine S-schlagförmige Ausströmkennlinie im Druck-Zeit- Diagramm ergibt. Durch die Zentrierung des Steuerkörpers (7) wird ein gleichmäßiges Ausströmen des Gases durch die Ausström­ öffnung sowie durch alle vier Öffnungen (11) gewährleistet. Da sich die Öffnungen (11) diametral gegenüberliegen, entsteht eine rückstoßfreie Ausströmung des Gases, was insbesondere aufgrund der hohen Drücke vorteilhaft ist.

Claims (9)

1. Druckbehälter zur Speicherung eines Gases, das zum Aufblasen eines Gaskissens zum Schutz von Insassen eines Fahrzeugs dient, mit einem Ausströmventil, das an seiner Sollbruchzone mit dem Gehäuse des Druckbehälters verbunden ist und einen sich zu einem im Behälterinneren angeordneten pyrotechnischen System erstreckenden Kolben enthält, der bei einer Zündung des pyro­ technischen Systems die Sollbruchzone des Gehäuses durchstößt und eine Ausströmöffnung für das Gas freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausströmventil (5, 7) einen an die Sollbruchzone (8) anschließenden und sich in Richtung des pyrotechnischen Systems (4, 15, 16) erstreckenden Steuerkörper (7, 7′, 6′′) enthält, dessen Querschnitt sich in axialer Richtung des Ausströmventils (5, 7) ändert.

2. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Steuerkörper (7, 7′, 7′′) in Richtung des pyro­ technischen Systems (4, 15, 16) verjüngt.

3. Druckbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchzone eine kreisförmige Sollbruchlinie (8) aufweist und der Steuerkörper (7, 7′, 7′′) rotationssymmetrisch zu einer Achse (12) des Ausströmventils (5, 7) ausgebildet ist.

4. Druckbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper (7, 7′, 7′′) mit einer im Längsschnitt gekrümmten Außenkontur versehen ist.

5. Druckbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper (7′′) eine im Längsschnitt konvexe Außen­ kontur aufweist.

6. Druckbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper (7) eine im Längsschnitt konkave Außen­ kontur aufweist.

7. Druckbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper (7′) mit einer sich stufenförmig ver­ jüngenden Außenkontur versehen ist.

8. Druckbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausströmventil (5, 7) außerhalb des Druckbehälters (1, 2, 3) ein mit einer sich in axialer Richtung zum Ausströmventil (5, 7) erweiternden Innenwandung (10) versehener Diffusor (9) nachgeschaltet ist, der den Steuerkörper (7, 7′, 7′′) in seiner die Ausströmöffnung des Druckbehälters (1, 2, 3) freigebenden Position zentriert und fixiert.

9. Druckbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (9) mit mehreren, sich diametral gegenüber­ liegenden, radial nach außen gerichteten Öffnungen (11) ver­ sehen ist.