DE4317727C2 - Pyrotechnischer Gaserzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Gaserzeuger zum Aufblasen eines Rückhaltekissens in einem Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der US 4 722 551 ist ein derartiger Gaserzeuger mit einem zylindrischen Ge­ häuse bekannt, in dessen Ringkammern eine Treibladung und gegebenenfalls Fil­ trier- bzw. Kühlelemente angeordnet sind. Eine axiale Zündvorrichtung ist am Ge­ häuse durch Schrauben oder Klemmen befestigt. Die bei der Verbrennung der Treibladung freigesetzten Gase strömen aus der Verbrennungskammer über gegebe­ nenfalls innen abgedeckte Gehäuseöffnungen durch die Filtrierkammer in das Rückhaltekissen. Durch willkürliche Verstopfungen dieser Wandöffnungen erfolgt ein extremer Anstieg des Überdrucks bis über die mechanischen Festigkeitsgrenzen des Gehäuses, was zu einer Berst- bzw. Explosionsgefahr des Gaserzeugers führt.

Aus den US 4 131 299 und US 5 048 862 sind ähnliche pyrotechnische Gaserzeuger zum Aufblasen eines Rückhaltekissens in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei denen die Zündvorrichtung im Falle eines durch Verstopfungen der Gehäuseöffnungen erzeugten Überdrucks gegen die Insassen geschleudert werden kann, da diese auf der Seite des Rückhaltekissens angeordnet ist.

Aus der US-A-4 858 951 sind Treibladungen für die Gaserzeuger von Rückhaltekis­ sen bekannt, bei denen bei Überschreiten eines bestimmten Temperaturwertes eine Selbstzündung erfolgt, um beispielsweise bei einem Fahrzeugbrand ein Explodieren des Gaserzeugers zu verhindern. Wenn jedoch extreme Innendrücke durch Verstop­ fungen der Gehäuseöffnungen verursacht werden, ist diese Lösung unwirksam, da ein schneller und gefahrloser Abbau des Überdrucks nicht vorgesehen ist.

Schließlich ist aus der DE 40 28 990 A1 ein pyrotechnischer Gasgenerator für Rückhal­ tekissen (sog. Airbags) bekannt, dessen einteiliges Gehäuse einen zentralen Raum zur Aufnahme einer in einer Buchse sitzenden Zündeinrichtung enthält. Dieser zentrale Raum bildet eine Anzündekammer, in welcher oberhalb der Zündeinrichtung eine Beiladung in Pulverform angeordnet ist. In den in diesem zentralen Raum um­ gebenden Gehäusewänden sind verschiedenartige Zündbohrungen ausgebildet. Die eigentliche Treibladung befindet sich in dem von diesen Wänden nach innen be­ grenzten äußeren Ringraum, der nach beiden Stirnseiten hin durch Endwände des Gehäuses begrenzt wird. Bei Verstopfungen von Durchströmöffnungen kann sich auch hier im Ringraum ein extrem hoher Überdruck entwickeln, der zum Bersten bzw. zum Explodieren des Gehäuses führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gaserzeuger der angegebenen Gattung zu schaf­ fen, bei welchem die Gefahr der Entwicklung von gefährlich hohen Innendrücken beseitigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße Gaserzeuger wird im Fahrzeug so angeordnet, daß sein Dec­ kel zum Insassen gerichtet ist und der Schließring sich in entgegengesetzter Rich­ tung befindet. Wenn durch eine Funktionsstörung der Innendruck einen vorbe­ stimmten Grenzdruck übersteigt öffnet sich der Bördelrand am Ende der Seiten­ wand, so daß die unter hohem Druck stehenden Gase in einer dem Insassen entge­ gengesetzten Richtung aus dem Gaserzeuger ausströmen. Dadurch fällt der Innen­ druck unverzüglich ab, was jegliche Explosionsgefahr ausschließt.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführung der Erfindung anhand der Zeich­ nung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Gaserzeuger im Axialschnitt;

Fig. 2 ein Ablenkorgan des Gaserzeugers nach Fig. 1;

Fig. 3 die Treibladung des Gaserzeugers nach Fig. 1 im Querschnitt.

Der dargestellte Gaserzeuger weist ein hohlzylindrisches Gehäuse 1 mit einem Dec­ kel 2 und einer Seitenwand 3 auf, die an ihrer dem Deckel 2 entgegengesetzten Seite eine kreisförmige Öffnung 4 begrenzt. Eine Schulter 5 der Seitenwand 3 unterteilt das Gehäuse in einen unteren Teil 6 von größerem Durchmesser, an dessen Ende sich die Öffnung 4 befindet, und in einen oberen Teil 7 von kleinerem Durchmesser, der vom Deckel 2 und von einer ringförmigen Klemmlippe 8 abgeschlossen wird.

Da das Gehäuse 1 Drücken von wenigstens 100 MPa (1000 bar) standhalten muß und die Endteile der Seitenwand mechanisch bearbeitet werden, besteht das Gehäu­ se aus Metall, vorzugsweise aus Stahl. Im Gehäuse sind Durchgangsöffnungen 9 vorgesehen, die seinen Innenraum mit einem Außenraum verbinden und sich vor­ zugsweise im oberen Teil 7 der Seitenwand 3 befinden.

Bei der dargestellten Ausführung stützt die Schulter 5 einen äußeren küvettenförmi­ gen Tragring 10 ab, dessen zentrale Öffnung 11 wenigstens gleich dem Außen­ durchmesser des oberen Teils 7 ist und bei dem der Innendurchmesser seines verti­ kalen Abschnitts 12 gleich dem Außendurchmesser des unteren Teils 6 ist und an diesem anliegt. Der Tragring 10 geht außen in einen ebenen Teil 13 über, der Boh­ rungen 14 zur Befestigung des Gaserzeugers und des nicht dargestellten Rückhalte­ kissens an dem vorgesehenen Fahrzeugbauteil aufweist. Dieser Tragring besteht vorteilhaft aus Stahl.

An den Tragring 10 ist gegenüber den Öffnungen 9 ein in Fig. 2 dargestelltes hohlzylindrisches Ablenkorgan 15 angeordnet, dessen Innendurchmesser etwas grö­ ßer als der Außendurchmesser des oberen Teils 7 ist. Dieses Ablenkorgan 15 weist an seinem oberen Teil Zungen 17 auf, die durch rechteckige Ausschnitte 16 regel­ mäßig voneinander beabstandet sind. Die Zungen 17 liegen den Öffnungen 9 ge­ genüber und brechen die erzeugten Gasstrahlen. Das Ablenkorgan 15 wird von ei­ nem schalenförmigen Diffusor 18 gehalten, dessen eine zentrale kreisförmige Öff­ nung umgebender Rand 19 in der Ringlippe eingeklemmt ist. Der Umfangsrand 20 des auf dem Ablenkorgan 15 aufliegenden Diffusors 18 ist zum Tragring 10 hin ausgerichtet und bewirkt eine Verteilung der erzeugten Gase über seinen gesamten Umfang.

Die Gase aus dem Diffusor 18 füllen das Rückhaltekissen. Bei der Ausführung nach Fig. 1 durchströmen die Gase vorab eine ringförmige Patrone 21 zum Filtern und gegebenenfalls zur chemischen Reinigung, die aus einem Metallgewebe 22 und aus einem auf dem ebenen Teil 13 befestigten Ring 23 besteht. Die Patrone 21 enthält Substanzen 24 zur Oxidation, Absorption oder Dissoziation von Kohlenmonoxid, die z. B. aus Aktivkohle oder aus Oxidgemischen von Mangan, Kupfer, Kobalt und Silber bestehen.

Der Gasgenerator 1 enthält wenigstens eine pyrotechnische Ladung 25 und eine Zündvorrichtung 26, die von einem in die Öffnung 4 eingeführten Deckel 27 einge­ führt wird, welcher die endseitige Öffnung 4 des Gehäuses 1 verschließt und eine Halterung für die Zündeinrichtung 26 sowie für die Treibladung 25 bildet. Diese Treibladung 25 kann aus verschiedenen pyrotechnischen Zusammensetzungen, ins­ besondere auf der Basis von Natriumnitrid oder von Treibpulvern mit Nitrocellulose bestehen. Treibpulver auf der Basis von Nitrocellulose und Nitroglycerin werden besonders bevorzugt, wenn die Verwendung eines mechanischen Filtersystems vermieden werden soll.

Die Ladung kann die Form von Tabletten, Blöcken, Körnern oder länglichen Stüc­ ken haben. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hat die Treibladung die Form ei­ nes in Fig. 3 dargestellten Zahnkranzes mit sich über die ganze Höhe achsparallel erstreckenden äußeren und inneren Zähnen 25a, 25b. Die Treibladung 25 besteht aus einem Treibpulver auf der Basis von Nitrocellulose und Nitroglycerin, das vor­ zugsweise durch asymmetrisches Carbonilid stabilisiert ist. Die Ladung 25 sitzt auf dem Deckel 27 und ist gegen die Innenseite der Schulter 5 durch ein Gitter 28 und eine Feder 29 festgeklemmt.

Der in die Öffnung 4 eingeführte Deckel 27 stützt die Zündvorrichtung 26 ab und weist eine zentrale Öffnung zur Aufnahme der Zündvorrichtung 26 sowie eine Buchse 31 mit einem inneren Kragen 40 auf. In dieser Buchse 31 ist ein elektrischer Zünder 32 befestigt, der von einer Isolierkappe 33, z. B. aus Aluminium von 0,1 mm Dicke überdeckt wird. Die Kappe 33 muß bei einem Druckanstieg leicht zersplittern können. Zwischen der Kappe 33 und dem Zünder 32 ist ein Zündpulver 34, z. B. auf der Basis von Bor- und Kaliumnitrat angeordnet. Ein Isoliereinsatz 35 trennt die Zündvorrichtung vom Deckel 27.

Der Deckel 27 hat einen verjüngten Rand 36, dessen Unterseite 37 schräg und vor­ zugsweise abgerundet (vgl. Fig. 1) ist. Die Oberseite 38 dieses Randes 36 ist eben.

Der untere Rand 39 der Seitenwand 3 ist um die Außenseite 37 des Randes 36 um­ gebogen und kann sich ab einem vorbestimmten Grenzdruck öffnen. Dieser Grenz­ druck muß einerseits über dem Betriebsdruck des Gaserzeugers von allgemein unter 30 MPa (300 bar) liegen und andererseits kleiner als der Berstdruck des Gasgenera­ tors von allgemein über 100 MPa (1000 bar) sein. Bei der Mehrzahl der bestimmungsgemäßen Gaserzeuger liegt der Grenzdruck im Bereich von 50 bis 95 MPa (500 bis 950 bar).

Um die optimale Funktionssicherheit des Gaserzeugers zu erhalten, sollte der Dec­ kel 27 aus einem härteren Material als die Seitenwand des Gehäuses bestehen. Wenn die Seitenwand 3 aus einem Stahl mit einer Bruchfestigkeit zwischen 500 und 600 MPa und einer Elastizitätsgrenze von 0,2% zwischen 185 und 220 MPa be­ steht, sollte für den Deckel 27 ein Stahl mit einer Bruchfestigkeit zwischen 1000 und 1200 MPa und einer Elastizitätsgrenze bei 0,2% zwischen 750 und 950 MPa verwendet werden.

Ferner sollte die mittlere Wandstärke des verjüngten Randes 36 des Deckels 27 wenigstens gleich der Wandstärke des umgebogenen Endteils 39 der Seitenwand 3 sein. Dabei ist unter mittlerer Wandstärke des Randes 36 die mittlere Dicke zu ver­ stehen, die längs der Radien der abgerundeten Oberseite 37 dieses Randes gemessen wird.

Die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Gaserzeugers ist folgende. Unter Wirkung eines elektrischen Impulses zündet der Zünder 32 das Zündpulver 34, des­ sen Verbrennungsgase die Kappe 33 zersplittern und die Treibladung 25 entzünden. Die erzeugten Verbrennungsgase durchströmen das Gitter 28 und verlassen das Ge­ häuse 3 durch die Öffnungen 9. Die erzeugten Gasstrahlen werden von dem Ablen­ korgan 15 gebrochen und vom Diffusor 18 über dessen ganzen Umfang verteilt. Nach Durchströmen der Patrone 21 gelangen die Gase in das Rückhaltekissen.

Wenn bei einem Störfall ein anormaler Anstieg des Drucks im Inneren des Gehäu­ ses auftritt, erhöht sich die Verbrennungsgeschwindigkeit der Treibladung 25, so daß der Druck schnell des vorbestimmten Grenzwert erreicht, bei dem die vom Rand 36 des Deckels 27 auf den eingebogenen Endteil 39 der Seitenwand 3 ausge­ übte Kraft ein Öffnen dieses Endteils bewirkt. Der Deckel 27 und die Zündvorrich­ tung 26 werden aus dem Gehäuse in einer dem Rückhaltekissen entgegengesetzten und damit vom Insassen abgewandten Richtung ausgestoßen, und zwar bevor der Berstdruck des Gehäuses erreicht ist, wodurch jegliche Explosionsgefahr des Gaser­ zeugers ausgeschlossen wird. Ab diesem Moment wird auch jegliche Überdruckge­ fahr im Gehäuseinneren ausgeschaltet. Das abgerundete Profil des verjüngten Ran­ des des Deckels 27 fördert sein Gleiten und begrenzt die Reibung an der Innenflä­ che der Seitenwand.

Die Erfindung kann für jede Art von pyrotechnischem Gaserzeuger verwendet wer­ den, der einen von einem Deckel getragenen Zünder aufweist, dessen Durchmesser wenigstens gleich der größten Querabmessung dieses Zünders ist.

Claims (14)

1. Pyrotechnischer Gaserzeuger zum Aufbasen eines Rückhaltekissens in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus
einem druckfesten Gehäuse (1), dessen eine Seite durch einen festen Boden (2) dauerhaft verschlossen ist und in dessen Seitenwand (3) Durchgangsöffnungen (9) für die erzeugten Gase ausgebildet sind,
einer zentral im Gehäuse angeordneten Zündeinrichtung (26),
einer die Zündeinrichtung (26) umgebenden Treibladung (25) im Gehäuse (1) und
einem am Endrand (39) der Gehäuse-Seitenwand (3) befestigten Deckel (27), der die endseitige Öffnung (4) des Gehäuses (1) verschließt und eine Halte­ rung für die Zündeinrichtung (26) sowie für die Treibladung (25) bildet,
dadurch gekennzeichnet, daß
der an der dem Insassen abgewandten Seite des Gehäuses (1) angeordnete Deckel (27) durch Einbiegen des Endrandes (39) der Gehäuse-Seitenwand (3) um den Außenrand (36) des Deckels (27) im Gehäuse (1) derart befestigt ist, daß bei Er­ reichen eines vorbestimmten Grenzdruckes im Gehäuse-Innenraum der Deckel (27) und die Zündeinrichtung (26) aus der Öffnung (4) des Gehäuses (1) heraus­ gedrückt werden.

2. Gaserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (27) einen verjüngten Rand (36) mit ab­ gerundeter Außenseite (37) aufweist.

3. Gaserzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Deckel (27) eine Zentralöffnung (30) aufweist, in der die Zündeinrichtung (26) angeordnet ist.

4. Gaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (27) aus einem Metall besteht, dessen Festigkeit größer als die des die Sei­ tenwand (3) bildenden Metalls ist.

5. Gaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Dicke des verjüngten Außenrands (36) des Deckels (27) wenigstens gleich der Dicke des umgebogenen Endrands (39) der Seitenwand (3) ist.

6. Gaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einstückig ausge­ bildet ist.

7. Gaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (3) zylindrisch ist.

8. Gaserzeuger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (3) eine Schulter (5) aufweist, die einen unteren Teil (6) größeren Durchmessers von einem oberen Teil (7) kleineren Durchmessers trennt.

9. Gaserzeuger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Durchgangsöffnungen (9) im oberen Teil (7) der Seitenwand (3) befinden.

10. Gaserzeuger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen scheibenförmiger Montagering (10) am unteren Teil (6) und an der Schulter (5) befe­ stigt ist.

11. Gaserzeuger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß am Montagering (10) ein Ablenkorgan (15) und gegen­ über den Öffnungen (9) ein Diffusor (18) angeordnet sind.

12. Gaserzeuger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Patrone (21) zur Behandlung der Gase auf dem Montagering (10) befestigt ist.

13. Gaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlzylindrische Treibladung (25) innere und äußere achsparallele Zähne (25a, 25b) aufweist und im wesentlichen aus einem Treibpulver auf der Basis von Nitrocellulose und Nitroglycerin besteht.

14. Gaserzeuger nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver asymmetrisches Carbonilid als Stabilisa­ tor enthält.