DE69008932T2

DE69008932T2 - Gasgenerator für die Rückhaltevorrichtung eines Insassens eines Kraftfahrzeuges.

Info

Publication number: DE69008932T2
Application number: DE69008932T
Authority: DE
Inventors: Donald J Cunningham
Original assignee: Morton International LLC
Current assignee: Morton International LLC
Priority date: 1989-06-22
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2010-06-22
Also published as: KR920007843B1; CA2018043C; ES2056384T3; JPH0659812B2; US4950458A; CA2018043A1; KR910000442A; EP0404572B1; DE69008932D1; MX172820B; JPH03128745A; EP0404572A3; AU626052B2; AU5758690A; EP0404572A2

Description

Diese Erfindung betrifft Gasgeneratoren oder Aufblasvorrichtungen und spezieller in sich geschlossene Radialgasgeneratoren für das Aufblasen großer Insassenrückhalte-Airbags oder Aufprallbeutel auf der Mitfahrerseite, wo solche Generatoren die Verbrennung fester gaserzeugender Zusammensetzungen für das rasche Erzeugen des Aufblasgases ausnutzen.
In sich geschlossene einstufige Gasgeneratoren oder Aufblasvorrichtungen für Automobil-Airbags auf der Mitfahrerseite, die verbrennbare feste, gaserzeugende Zusammensetzungen benutzen, sind in der Technik bekannt. Eine Radialform eines solchen Generators ist in der US-A-4,296,084 beschrieben, die am 20. Oktober 1981 G.V. Adams et al. erteilt wurde, und dieses Patent wird der Erwerberin des vorliegenden Patentes übertragen. Auf die Beschreibung der US-A-4,296,084 wird hier Bezug genommen. Übliche Merkmale solcher Generatoren sind der Einschluß einer gaserzeugenden Zusammensetzung, die ein pelletisiertes Alkalimetallazid enthält, in einer einzelnen Verbrennungskammer und Einrichtungen zum Filtrieren und zum Kühlen des Gases in einer Position zwischen der gaserzeugenden Zusammensetzung und den Gasaustrittsöffnungen oder Auslaßöffnungen, die von dem Aufblasvorrichtungsgehäuse begrenzt sind. Solche gaserzeugenden Zusammensetzungen werden als günstig für die Verwendung in Automobil-Airbag-Aufblasanwendungen angesehen, da das Produkt der Verbrennung hauptsächlich Stickstoff, ein Inertgas, ist. Die Geschwindigkeit der Reaktion oder Verbrennung solcher Zusammensetzungen kann so ausgewählt werden, daß sie die Entwicklung von Gas mit einer sehr hohen Geschwindigkeit, aber ohne Detonation bewirkt.
Ein Problem war mit einer Einstufigkeit verbunden, d.h. mit Radialgasgeneratoren auf der Mitfahrerseite mit einer einzelnen Verbrennungskammer. Die in der Technik bekannten Radialgeneratoren auf der Mitfahrerseite mit einer einzelnen Verbrennungskammer neigen zu einer Anfangsdruckanstiegsgeschwindigkeit, die in dem Zeitrahmen von Null bis zwanzig (0 bis 20) Millisekunden nach der Zündung der Aufblasvorrichtung größer als erwünscht ist. Der rasche Anfangsdruckanstieg wurde als eine mögliche Ursache für Verletzungen eines Insassen außerhalb der Position und insbesondere eines Kindes während der Entfaltung des Airbag identifiziert.
In der am 16. Mai 1972 Thomas W. Norton erteilten US-A-3,663,035 ist eine Aufblasvorrichtung für einen Zusammenstoßbeutel beschrieben, die einen zweistufigen Gasgenerator umfaßt, worin eine erste Stufe gezündet wird, um einen Anfangsentfaltungsstoß zur Zeit vor der Zündung der zweiten Stufe zu bekommen. Der zweistufige Gasgenerator, wie beschrieben, besteht aus einem Paar einer ersten und einer zweiten Aufblasvorrichtung, die parallel zueinander angeordnet sind und von einer Verbindungsstange zusammengehalten werden. Von jeder Stufe ist ein Ende an einen Block angefügt, in welchem ein für beide Stufen gemeinsamer Zündungshohlraum vorgesehen ist. Eine fixierte Verzögerungsleitung trennt wirkungsmäßig die zweite Stufe von dem Zündhohlraum und verzögert die Zündung der zweiten Stufe um wenige Millisekunden. Beide Stufen sollen innerhalb von weniger als zehn (10) Millisekunden nach der Zündung durch einen pyrotechnischen Zünder, der auf einen Zusammenstoß reagiert, voll ablaufen.
Die zweistufige Norton-Gasgeneratorkonstruktion ist zwar so beschrieben, als ergäbe sie eine besser gesteuerte Gasabgabe zu einem Airbag ohne nachteilige Verzögerung von dessen Entfaltung, doch ist sie komplex und voluminös und erfordert ein größeres Raumvolumen als erwünscht für die Installation auf dem Armaturenbrett eines Automobils.
Somit besteht ein Bedarf für eine und eine Forderung nach einer Verbesserung bei Insassen-Automobilrückhaltegasgeneratoren, die besonders brauchbar zum Schutz der Insassen außerhalb ihrer Position sind und die von maximaler Kompaktheit sind und ein Minimum an Raumvolumen zur Installation auf der Mitfahrerseite eines Automobils erfordern. Die vorliegende Erfindung war darauf gerichtet, die technologische Lücke zu füllen, die im Stand der Technik diesbezüglich bestand.
Die vorliegende Erfindung besteht aus einem Gasgenerator mit einem einzigen schlagstranggepreßten perforierten länglichen Gehäuse mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, einer Endabdeckungsbasis, die das erste Ende des Gehäuses einschließt, einer Endabdeckung, die das zweite Ende des Gehäuses einschließt, einer perforierten Trennwand, die in einer Zwischenlage in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei diese Trennwand erste und zweite längliche Kammern in dem Gehäuse bildet und in sich ausgebildet ein Kugelventil mit einer Kugelventilkammer und einer ersten und einer zweiten Öffnung, die die Kugelventilkammer mit der ersten bzw. zweiten länglichen Kammer verbinden, besitzt der Eingang zu der zweiten Kammer eine erste Position und der Eingang zu der ersten Kammer eine zweite Position anzeigt die Kugelventilkammer eine bewegbare Kugel darin hat, die so betätigbar ist, daß sie sich zwischen der ersten und zweiten Position bewegt um Gasfluß durch die Trennwand zu begrenzen, wobei in einem zweiten Fall die erste Kammer unter Druck gesetzt wird, der die Kugel des Kugelventils in die erste Position zwingt, Gasfluß in die zweite Kammer unterdrückt und dabei die erste Kammer von der zweiten Kammer isoliert, und in einem dritten Fall ein Druckabfall in der ersten Kammer den Eingriff der Ventilkugel in der Kugelventilkammer aus der ersten Position löst und erhöhter Druck in der zweiten Kammer die Kugel in die zweite Position zwingt um die zweite Kammer von der ersten Kammer zu isolieren, ersten und zweiten länglichen gaserzeugenden Beschickungen von festem pyrotechnischem Material, die in der ersten bzw. zweiten länglichen Kammer enthalten sind, ersten und zweiten länglichen perforierten Zünderrohren, die in funktioneller Beziehung mit der ersten bzw. zweiten länglichen gaserzeugenden Beschickung vorgesehen sind, wobei jedes der perforierten Zünderrohre ein erstes und ein zweites Ende hat, und einer Zündkapsel, die in funktioneller Beziehung mit nur einem der perforierten Zünderrohre vorgesehen ist.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen verbesserten Automobil- Rückhaltegasgenerator zu bekommen, der Einfachheit und Wirksamkeit in seiner Konstruktion realisiert, was eine wirtschaftliche Herstellung und Montage ermöglicht und eine gesteuerte Abgabe eines Gases zum Aufblasen eines Airbags auf der Mitfahrerseite bewirkt um einen Schutz für den Insassen außerhalb seiner Position zu liefern.
Der Gasgenerator kann von maximaler Kompaktheit sein, was ein Minimum an Raumvolumen zur Installation in dem Armaturenbrett eines Autmobils erfordert.
Der Gasgenerator nach der Erfindung arbeitet in zwei Stufen. Der Betrieb einer ersten Stufe als Reaktion auf einen Anfangszusammenprall wird mit Hilfe des Verzögerungskörpers und Kugelventils ausgenutzt, um eine verzögerte Zündung einer zweiten Stufe zu bewirken, wobei das Kugelventil ein anschließendes Arbeiten bewirkt um ein Wiederunterdrucksetzen der ersten Stufe anzuhalten und dabei die Wirkungen der beiden Stufen zu trennen.
Die Anordnung der ersten Stufe ist derart, daß ein rascher Druckaufbau und eine rasche Abgabe von Aufblasgas an den Airbag erreicht wird, und die zweite Stufe ist derart, daß ein weniger rascher Druckaufbau und weniger rasche Freisetzung von Aufblasgas zu dem Airbag vorgesehen wird, um so die Verzögerungszeit zwischen den Betätigungen der ersten und zweiten Stufe zu erhöhen.
Der Gasgenerator umfaßt eine Aufblasvorrichtung, bei der die erste und zweite Stufe Ende an Ende in dem gleichen Gehäuse angeordnet sind. Speziell ist jede Stufe in einer einzeln verbundenen Kammer in einem schlagstranggepreßten, vorzugsweise leichten Gehäuse montiert, welches aus Aluminium bestehen kann.
Jede Stufe enthält vorzugsweise geeignete Mittel zum Kühlen und Filtrieren und zum Halten eines neutralen oder nicht antreibenden Stoßes auf die Zündung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, worin:
Figur 1 eine Längsdarstellung, teilweise geschnitten, des Automobilinsassenrückhaltegasgenerators mit zwei Kammern nach der Erfindung ist,
Figur 2 eine Draufsicht in vergrößertem Maßstab ist, die die Trennwand/das Kugelventil des Gasgenerators von Figur 1 zeigt
Figur 3 eine Ansicht vom linken Ende der Trennwand/des Kugelventils von Figur 2 ist und
Figur 4 ein grafischer Vergleich der Druckanstiegsgeschwindigkeit eines typischen einstufigen Gasgenerators und des zweistufigen Gasgenerators nach der vorliegenden Erfindung ist.
Ein Automobilrückhaltegasgenerator nach der Erfindung ist in Figur 1 der Zeichnungen erläutert. Der mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Gasgenerator enthält ein einzelnes schlagstranggepreßtes längliches Rohr oder zylindrisches Gehäuse 12. Das Strangpreßverfahren, nach welchem das Gehäuse 12 gebildet wird, ist dem Fachmann in der Technik bekannt und besteht in einer Formgebung, bei der man das Material, aus welchem das Gehäuse gemacht wird, unter Druck durch geeignete Mundstücke preßt. Das Strangpreßverfahren an sich bildet nicht Teil der vorliegenden Erfindung und wird daher hier nicht weiter beschrieben.
Das Gehäuse 12 besteht vorzugsweise aus Aluminium und enthält erste und zweite längliche zylindrische Gehäusekammern 14 bzw. 16, die voneinander durch eine perforierte Trennwand 18 getrennt sind, wobei der Außenumfang der Trennwand 18 mit (nicht gezeigten) Mitteln in geeigneter Weise dicht an die Innenseite der Wand des Gehäuses 12 angesetzt ist. Die Kammern 14 und 16 können gleiche Länge oder ungleiche Länge, wie in der Zeichnung gezeigt haben, je nach der erforderlichen Leistung.
Die Trennwand 18, die vergrößert und in weiteren Einzelheiten in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, schließt ein Kugelventil ein, das einen Verzögerungskörper 20 mit einer Kugelventilkammer 22 umfaßt die darin eine Kugel 24 enthält. Erste und zweite Öffnungen 26 und 28 sind mit einem Durchgang verbunden und verbinden weiterhin die Kugelventilkammer 22 mit den Gehäusekammern 14 bzw. 16. Die Anordnung ist derart, daß ein Gasfluß aus der Kammer 14 zu der Kammer 16, der aus einem Druckunterschied zwischen ihnen stammt, die Kugel 24 zu dem benachbarten Ende 28a der Öffnung 28 preßt, um den Gasfluß in die Kammer 16 zu begrenzen und so eine resultierende Druckverminderung in dem Verbrennungskammerrohr 46 zu beschränken. Bei einer Umkehr jenes Druckunterschiedes preßt der resultierende Gasfluß die Kugel 24 in Eingriff mit einem Ventilsitz 30 auf dem benachbarten Ende 26a der Öffnung 26 und hält damit einen solchen Fluß an.
Das Gehäuse 12 hat ein erstes Ende 32 und ein zweites Ende 34 und schließt eine zylindrische Wand 36 ein, in welcher mehrere Auslaßöffnungen oder Löcher 38 ausgebildet sind. Die Löcher 38 können in zwei Reihen auf jeder Seite des Gehäuses 12 entlang seiner Länge ausgebildet sein, wobei sie in gleichmäßiger Abstandsbeziehung bezüglich der Gehäusekammern 14 und 16 angeordnet sind. Die Anordnung ist derart, daß die Löcher 38 einer jeden Reihe auf einer Seite des Gehäuses 12 in einem Abstand von etwa 180º in Bezug auf die Löcher einer der Reihen auf seiner anderen Seite liegen. Eine solche Positionierung der Löcher 38 in der Gehäusewand 36 gewährleistet einen neutralen Stoß im Falle einer ungewollten Zündung des Generators 10 während des Transportes und der Lagerung, so daß die Möglichkeit ausgeschlossen wird, daß bei einem solchen Unfall der Generator 10 herausspringt und zu einem Projektil wird.
Die Enden 32 und 34 des Gehäuses 12 sind in abgedichteter Weise verschlossen. So ist das zweite Ende 34 des Gehäuses 12 durch einen Endverschluß 40 dicht verschlossen, welcher während des Strangpreßverfahrens aus einem Stück mit ihm gebildet werden kann. Eine Endverschlußbasis 42, die aus Aluminium gemacht sein kann, kann durch Schwungradreibschweißen an dem ersten Ende 32 des Gehäuses 12 in nachfolgend beschriebener Weise befestigt sein.
In der ersten Gehäusekammer 14 sind radial nach innen und konzentrisch darin angeordnet in der angegebenen Reihenfolge zylindrische äußere Kühl- und Filtersiebe 44, ein zylindrisches perforiertes Stahl-Verbrennungskammerrohr 46, eine zerbrechbare Folienbarriere 48 in Anlage an der Innenseite der Wand des Rohres 46, ein inneres zylindrisches Verbrennungskammersieb 50 und ein mittig angeordnetes zylindrisches perforiertes Zünderrohr 52, das ein um seine Außenseite gewundenes zerreißbares Folien band 54 hat, vorgesehen. Die Kühl- und Filtersiebe 44 umgeben das Verbrennungskammerrohr 46. In dem länglichen Ringraum zwischen dem inneren Verbrennungskammersieb 50 und dem Zünderrohr 52 ist eine gaserzeugende Ladung oder Füllung angeordnet, die gleichmäßig verteilte Pellets 56 umfaßt.
Die Folienbarriere 48 und das innere Filtersieb 50 sind so angeordnet, daß sie die gaserzeugende Füllung 56 und das Zünderrohr 52 umgeben.
In dem Zünderrohr 52 enthalten ist ein länglicher rasch detonierender Faden (RDC) als Zündhalm 58, der von einer Übertragungsladung 60 von Zündergranalien umgeben ist. Der RDC-Zündhalm 58 ist ein Faden mit rasch voranschreitender Zündung, der von der Teledyne McCormick Selph, 3601 Union Road, P.0. Box 6, Hollister, California 95024-0006, hergestellt wird. Die Übertragungsladung 60 von Zündergranalien, die den RDC-Faden umgibt, kann ein Gemisch von 25 % Borpulver und 75 % Kaliumnitrat umfassen. Das Folienband 54 enthält die Zündergranalien in dem perforierten Zünderrohr während der Herstellung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wurde aus einem nachfolgend weiter erklärten Grund die Dicke der Folienbarriere 48 in Anlage an der Innenwand des Verbrennungskammerrohres 46 so ausgewählt, daß sie 0,015 cm (0,006 Inch) war.
Die verschiedenen aufgezählten, in der Gehäusekammer 14 enthaltenen Teile umfassen die erste Stufe des Gasgenerators 10 und werden gegen radiale Bewegung und Bewegung von Ende zu Ende in der Kammer 14 fest durch einen Endverschluß und einen perforierten Rohrhalter 62, der an dem ersten Ende 32 des Gehäuses 12 angeordnet ist, und durch den Verzögerungskörper 20 der Trennwand 18 gehalten. Speziell erstreckt sich ein Teil 64 des Halters 62 in enger Paßanordnung oder passend in ein Ende des Verbrennungskammerrohres 46, und ein Teil 66 des Verzögerungskörpers 20 erstreckt sich in enger Paßanordnung oder passend in das andere Ende desselben. Ähnlich wird ein Ende des Zünderrohres 52 passend von einem Sitz 68 aufgenommen, der mittig auf dem Halter 62 vorgesehen ist, und das andere Ende stößt an die Oberfläche des Teils 66 des Verzögerungskörpers 20 in einer zerreißbaren Verzögerungsfolie 70, die dazwischengeschaltet ist. Die Verzögerungsfolie 70 liefert eine zerreißbare Barriere für den Fluß von Heißgasen durch den Durchlaß 26 aus dem Verbrennungskammerrohr 46 und dem Zünderrohr 52.
In der zweiten Gehäusekammer 16 sind radial nach innen und konzentrisch angeordnet in der angegebenen Reihenfolge vorgesehen eine zerreißbare Folienbarriere 72 auf der Innenseite der Wand 36 des Gehäuses 12, zylindrische äußere Kühl- und Filtersiebe 74, ein zylindrisches perforiertes Stahl-Verbrennungskammerrohr 76, ein inneres zylindrisches Verbrennungskammersieb 78 und ein mittig angeordnetes längliches zylindrisches perforiertes Zünderrohr 80. Die Folienbarriere 72 und die Kühl- und Filtersiebe 74 sind so angeordnet, daß sie das Verbrennungskammerrohr 76 umgeben. In dem Ringraum zwischen dem Verbrennungskammersieb 78 und dem Zünderrohr 80 ist eine gaserzeugende Ladung oder Füllung angeordnet, die gleichmäßig verteilte Pellets 82 umfaßt. Die Folienbarriere 72 und die Kühl- und Filtersiebe 74 sind so angeordnet, daß sie das Verbrennungskammerrohr 76 umgeben.
In dem Zünderrohr 80 enthalten ist eine längliche gegossene oder stranggepreßte Übertragungsladung 84, die ein Gemisch von 25 % Bor und 75 % Kaliumnitrat umfassen kann.
Die Dicke der Folienbarriere 72 auf der Innenseite der Wand 36 des Gehäuses 12 in der oben erwähnten Ausführungsform der Erfindung wurde so ausgewählt, daß sie 0,01 cm (0,004 Inch) war.
Die verschiedenen aufgezählten Teile in der Gehäusekammer 16 umfassen die zweite Stufe des Gasgenerators 10 und werden gegen radiale Bewegung und gegen Bewegung von Ende zu Ende in der Kammer 16 durch den Verzögerungskörper 20 der Trennwand 18 und durch einen Endverschluß und Rohrpositionsgeber 86, der in dem Gehäuse 12 an seinem zweiten Ende 34 angeordnet ist, festgehalten. Speziell erstreckt sich ein Teil 88 des Verzögerungskörpers 20 in enger Paßbeziehung in ein Ende des Verbrennungskammerrohres 76, und ein Teil 90 des Endverschlusses und Rohrpositionsgebers 86 erstreckt sich in enger Paßbeziehung in das andere Ende desselben. Ein Ende des Zünderrohres 80 wird auch von einer geeigneten Öffnung 92 in dem Teil 90 des Endverschlusses und Rohrpositionsgebers 86 in dessen anderem Ende aufgenommen, das nahe dem Ende des Durchganges 28 in dem Verzögerungskörper 20 liegt.
Eine elektrisch betätigbare Zündkapselanordnung 94, die einen herkömmlichen elektrischen Detonator umfassen kann, ist in der Endverschlußbasis 42 in Dichtbeziehung zu dieser und in Ausrichtung mit dem RDC-Zündhalm 58 an dem benachbarten Ende des Zünderrohres 52 befestigt.
Das Material, aus dem die gaserzeugenden Pellets 56 und 82 bestehen, kann irgendeine einer Anzahl von Zusammensetzungen sein, die den Erfordernissen hinsichtlich der Verbrennungsgeschwindig keit, fehlender Giftigkeit und der Flammentemperatur genügen, wobei ein bevorzugtes Material in der US-A-4,203,787 beschrieben ist, die am 20. Mai 1980 Fred E. Schneiter et al. erteilt wurde, wobei auf die Offenbarung dieses Patentes hier Bezug genommen wird. Besonders bevorzugt sind Zusammensetzungen, die etwa 65 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% Metallazid, bis zu etwa 4 Gew.-% Schwefel und etwa 27 Gew.-% bis etwa 33 Gew.-% Molybdändisulfid umfassen, besonders eine Zusammensetzung, die etwa 68 Gew.-% Natriumazid, etwa 2 Gew.-% Schwefel und etwa 30 Gew.-% Molybdändisulfid umfaßt.
Wie oben erwähnt, kann die Endverschlußbasis 42 durch Schwungradreibschweißen an dem ersten Ende 32 des Gehäuses 12 befestigt sein. Zur Erleichterung des Schweißens enthält die Endverschlußbasis 42 einen ringförmigen Ansatz 42a, der zu dem Ende 32 des Gehäuses 12 paßt.
Bei dem Schwungradreibschweißen wird mit dem beladenen Gehäuse 12 in einer geeigneten Reitstockbefestigung (nicht gezeigt) befestigt und mit der Endverschlußbasis 42 in einer ausgerichteten geeigneten Spindelstockbefestigung (nicht gezeigt) befestigt die Endverschlußbasis 42 durch (nicht gezeigte) Kraftschlußeinrichtungen bis zu einer Geschwindigkeit gedreht, die etwa 1930 Umdrehungen je Minute betragen kann. Beim Erreichen einer solchen Geschwindigkeit werden die Kraftschlußeinrichtungen so betätigt, daß sie sich von der Kraftquelle trennen, und die sich frei drehende Endverschlußbasis 42 wird zu dem Gehäuse 12 bewegt, um den ringförmigen Ansatz 42a in Berührung mit dem Gehäuseende 32 zu bringen, wobei eine Kraft von etwa 2,8 kN (630 Pound) ausgeübt wird. Die resultierende Reibung hält die Drehung der Endverschlußbasis 42 im Bruchteil einer Sekunde an, steigert aber die Temperatur des Bereiches ausreichend, um eine Vereinigung des Metalls des Gehäuses 12 und der Endverschlußbasis 42 dort zu bewirken. Der Druck wird während einer kurzen Zeitdauer, wie beispielsweise einer Sekunde oder zwei Sekunden, gehalten, um die Verschweißung sich verfestigen zu lassen. Nach Beendigung der Verschweißung kann eine ringförmige Schürze 42b, die den ringförmigen Ansatz 42a überlappt, gegen die benachbarte Außenoberfläche des Gehäuses 12 an dessen Ende 32 gewalzt werden, um die Schweißung zu verbergen.
Beim Betrieb des Gasgenerators 10 aktiviert ein elektrischer Impuls von einem Zusammenstoßsensor (nicht gezeigt) die elektrisch betätigbare Zündkapseleinrichtung 94. Die Aktivierung der Einrichtung 94 führt zu einer Zündung des RDC-Zündhalmes 58, der augenblicklich die Übertragungsladung 60 von Zündergranalien entlang der gesamten Länge des perforierten Zünderrohres 52 explodieren läßt. Das Folienband 54, das um das Zünderrohr 52 gewickelt ist, enthält nicht nur die Zündergranalien während der Herstellung, sondern ergibt auch deren gleichmäßiges Zünden. Speziell baut sich beim Zünden der Übertragungsladung 60 der Druck des resultierenden Gases auf, bis ein Schwellenwert erreicht ist, bei dem das Folien band 54 reißt. Diese Betätigung fördert eine gleichmäßige Zündung der Zündergranalien vor dem Reißen und Ausbruch der durch die gezündete Übertragungsladung 60 erzeugten Heißgase in die Füllung von gaserzeugenden Pellets 56, die in dem perforierten Verbrennungskammerrohr 46 enthalten sind.
Bei einer solchen Zündung der Verbrennung der gaserzeugenden Pellets 56 in dem perforierten Verbrennungskammerrohr 46 beginnt der Druck des resultierenden Gases anzusteigen, bis eine Spitze erreicht ist. Die relativ dicke Folienbarriere 48, die oben mit 0,015 cm (0,006 Inch) Dicke angegeben wurde, erlaubt einen raschen Druckaufbau. Vor dem Erreichen des Spitzendruckes während der Verbrennungsfunktionszeit erreicht der Gasdruck jedoch einen Schwellenwert, bei welchem die Folienbarriere 48 zerreißt. Bei einem solchen Zerreißen wird das Material der Folienbarriere 48 aus dem Weg geblasen, und das heiße erzeugte Gas kann durch mehrere Öffnungen 96 in der Wand des Verbrennungskammerrohres 46 fließen, wobei ein solcher Gasfluß von festen Verbrennungsteilchen durch das innere Verbrennungskammersieb 50 gereinigt, d.h. filtriert wird. Die Öffnungen 96 in dem Verbrennungskammerrohr 46 sind vorzugsweise in zwei Reihen auf jeder Seite im Abstand entlang seiner Länge vorgesehen, wobei die Reihen von Öffnungen 96 auf beiden Seiten um etwa 90º von den Reihen von Öffnungen 38 in der Wand 36 des Gehäuses 12 versetzt sind.
Das durch die Öffnungen 96 freigesetzte heiße erzeugte Gas geht um und durch die äußeren Kühl- und Filtersiebe 44 und unmittelbar durch die Öffnungen 38 in der Wand 36 des Gehäuses 12 in einen (nicht gezeigten) aufzublasenden Airbag.
Gleichzeitig zerbricht das heiße erzeugte Gas unter Druck in dem Verbrennungskammerrohr 46 die Verzögerungsfolie 70 auf der Oberfläche des Teils 66 des Verzögerungskörpers 20 und bricht durch diese Verzögerungsfolie hindurch. Das Heißgas geht dann nacheinander durch den Durchgang 26, die Kugelventilkammer 22 und den Durchgang 28. Ein anfänglicher Andrang von solchem Heißgas durch die Trennwand 18 in die zweite Stufe des Generators 10 wird infolge der Bewegung der Kugel 24 gegen die benachbarte Öffnung des Durchganges 28 rasch vermindert. Ein solcher Fluß von Heißgas läßt die Übertragungsladung 84 in dem Zünderrohr 80 entlang dessen gesamter Länge explodieren und erzeugt dabei eine Zündung der gaserzeugenden Pellets 82 in dem perforierten Verbrennungskammerrohr 76. Bei Zündung der gaserzeugenden Pellets 82 beginnt der Druck des resultierenden Gases anzusteigen. Vor dem Erreichen des Spitzendruckes während der Verbrennungsfunktionszeit erreicht jedoch der Gasdruck einen Schwellenwert, bei welchem die Folienbarriere 72 auf der Innenseite der Wand 36 des Gehäuses 12 bricht.
Beim Zerreißen der Barrierefolie 72 wird das in dem Verbrennungskammerrohr 76 erzeugte Heißgas durch mehrere Löcher 98 in der Wand des Rohres 76 freigegeben und zu dem (nicht gezeigten) Airbag überführt, wobei ein solches Gas unmittelbar, ohne daß es auf irgendwelche weiteren Barrieren stößt freigegeben wird, obwohl es nacheinander durch das innere Verbrennungskammersieb 78 zum Filtern und durch die äußeren Kühl- und Filtersiebe 74 zum Kühlen und weiteren Filtern zu gehen hat.
Gleichzeitig zwingt der Druckaufbau der Gase in der zweiten Stufe die Kugel 24 des Verzögerungskörpers und Kugelventils zur Umkehr, d.h. zur Bewegung durch die Kugelventilkammer 22 in Eingriff mit dem Kugelventilsitz 30 an dem Ende des Durchganges 26. Dies schneidet den Gasfluß von der zweiten Stufe in die erste Stufe ab und unterbricht so den Druckaufbau der ersten Stufe und erzeugt die Wirkung von zwei getrennten Gasgeneratoren mit einer Verzögerungszeit zwischen den beiden, die bei einer Ausführungsform der Erfindung etwa 15 Millisekunden beträgt. Eine Barrierenfolie 72 mit einer Dicke von 0,01 cm (0,004 Inch), welche geringer als jene der Barrierenfolie 48 in der ersten Stufe ist, wird so ausgewählt, daß ihr Zerreißen zur Freisetzung des Gases zu einem Airbag erfolgt, wenn der Druck in den beiden Stufen etwa gleich ist, wodurch die Drücke der beiden Stufen abgeglichen werden.
In Figur 4 ist ein Vergleich der Leistung eines typischen einstufigen Insassengasgenerators und des zweistufigen Gasgenerators nach der Erfindung grafisch erläutert. Die Kurve 100 in Figur 4 zeigt die Leistung eines typischen einstufigen Insassengasgenerators, d.h. die Geschwindigkeit, mit welcher der Generatorausgangsdruck ansteigt. Die Kurve 102 zeigt die Druckanstiegsgeschwindigkeit einer physikalischen Ausführungsform des zweistufigen Generators 10 nach der Erfindung.
Wie durch die Kurve 100 von Figur 4 gezeigt, gibt es eine Verzögerung von etwa 9 Millisekunden vom Augenblick der Gasgeneratoraktivierung (durch den Schnittpunkt der horizontalen und vertikalen Achsen der grafischen Darstellung wiedergegeben), bevor der Druck beginnt, in dem einstufigen Generator anzusteigen. In den nächsten 11 Millisekunden erweist sich die Druckanstiegsgeschwindigkeit als sehr steil, was zu einem "Behälterdruck" oder Airbagdruck in einem Behälter von 100 Litern von etwa 75,8 kPa Überdruck (11 Psig) 20 Millisekunden nach Aktivierung führt. Die Druckanstiegsgeschwindigkeit ist weiter sehr steil, obwohl sie bei 40 Millisekunden nach Aktivierung etwas abflaut, und führt zu einem maximalen Überdruck von fast 276 kPa (40 Psig) bei 60 Millisekunden nach Aktivierung.
In dem zweistufigen Gasgenerator 10 nach der Erfindung ist die Verzögerung vom Augenblick der Aktivierung, bevor der Druck anzusteigen beginnt, durch die Kurve 102 gezeigt und liegt bei etwa 4 Millisekunden. Am Ende von 20 Millisekunden seit Aktivierung ist der Behälterdruck, wie durch Kurve 102 gezeigt ist, 52 kPa (7,54 Psig) gegenüber 75,8 kPa (11 Psig) für den typischen Gasgenerator, wie durch Kurve 100 gezeigt ist. Dieser anfängliche relativ niedrige Druckanstieg für den Generator 10 erfolgt da dessen Ausgangsdruck während des anfänglichen Zeitrahmens von 20 Millisekunden wenigstens primär nur auf dem Betrieb der ersten Stufe beruht.
Die Aktivierung des Betriebs der zweiten Stufe des Generators 10 am Ende des anfänglichen Zeitrahmens von 20 Millisekunden bewirkt, daß der Behälterdruck mit einer steileren Geschwindigkeit ansteigt, um einen Druck von 191 kPa (27,75 Psig) am Ende von 40 Millisekunden zu erzeugen. Danach vermindert sich allmählich die Geschwindigkeit des Druckanstieges, bis am Ende von 60 Millisekunden der Druck 252 kPa (36,5 Psig) beträgt, wobei der Maximaldruck von 275 kPa (39,85 Psig) bei 92,90 Millisekunden nach Aktivierung auftritt.
So bekommt man gemäß der Erfindung einen zweistufigen Gasgenerator, in welchem der Betrieb der ersten Stufe wirksam ist, einen raschen Druckaufbau zu liefern und Aufblasgas zu einem Airbag freizusetzen, und in welchem der Betrieb der zweiten Stufe wirksam ist, einen weniger raschen Druckaufbau zu liefern und Aufblasgas zu dem Airbag freizusetzen, wodurch die Verzögerungszeit zwischen der Aktivierung der beiden Stufen erhöht wird.
Ein Merkmal der Erfindung ist die Einführung von zwei Methoden zur Verzögerung der Aktivierung und des Betriebs der zweiten Stufe nach der Aktivierung und des Betriebs der ersten Stufe in Reaktion auf einen Anfangszusammenstoß in den zweistufigen Gasgenerator 10, wobei die durch diese Methoden erzeugten Verzögerungen kumulieren. Die erste Methode schließt die Verwendung des Verzögerungskörpers 20 und des Kugelventils mit der Kugel 20, der Kugelventilkammer 22, Durchgängen 26 und 28 und einer Verzögerungsfolie 70 auf der Oberfläche des Verzögerungskörpers 20 zur Verzögerung der Aktivierung des Betriebs der zweiten Stufe ein.
Die zweite Methode zur Bewirkung einer Verzögerung zwischen der Aktivierung der beiden Stufen des Generators 10 schließt die Verwendung der Folienbarriere 72 in Anlage an der Innenseite der Wand 36 des Gehäuses 12 zur Verzögerung des Ausbruches von Heißgasen aus der zweiten Stufe nach Zündung der Ladung von gaserzeugenden Pellets 82 darin ein. Wie festgestellt, ist keine Folienbarriere auf der Innenseite der Wand 36 des Gehäuses 12 in der ersten Stufe vorgesehen. Demzufolge gibt es einen raschen Ausbruch von Heißgasen aus der ersten Stufe durch die Öffnungen 38 in der Wand 36 beim Zerreißen der Folienbarriere 48 in Anlage an der Innenseite der Wand des Verbrennungskammerrohres 46. Somit beginnt die erste Stufe mit der Lieferung von Gas an den Airbag früher als dies der Fall wäre, wenn eine Barrierefolie auf der Innenseite der Wand 36 vorgesehen wäre. Der anschließende Druckaufbau der zweiten Stufe nach ihrer Aktivierung durch den Gasfluß durch die Kugelventilöffnungen 26 und 28 zwingt die Kugel 24 zur Umkehr und zum Sitzen auf dem Kugelventilsitz 30. Dies hält den erneuten Druckaufbau der ersten Stufe an und macht die Wirkung der beiden Stufen zu jener von zwei getrennten Gasgeneratoren mit einer Zeitverzögerung zwischen den beiden von etwa 15 Millisekunden.
Andere Merkmale der Erfindung umfassen:
(a) Die Verwendung eines leichten Aluminiumgehäuses zusammen mit einer Kombination von Teilen, die ihnen wirtschaftliche Herstellung und Leichtigkeit der Montage darin verleihen.
(b) Die Trennwand/Kugelventil-Konstruktion liefert eine mechanische Zeitgabe für die Zündungsverzögerung zwischen der ersten und der zweiten Stufe des Gasgenerators und eine Drucksteuerung nach Zündung der zweiten Stufe, um einen erneuten Druckaufbau der ersten Stufe zu verhindern.
(c) Das Vorsehen einer Gasumlenkung für ein Kühlen und Filtern und die Aufrechterhaltung einer Neutralstoßeinheit.
(d) Die gegossene oder stranggepreßte Bornitrat-Übertragungsladung in dem Zünder für die zweite Stufe des Generators 10 beseitigt das Erfordernis von Zündergranalien und eines Zündhalmes darin. Überflüssig ist auch eine Aluminiumfolie, um die Zündergranalien zurückzuhalten.

Claims

1. Gasgenerator (10) mit

einem einzigen schlagstranggepreßten perforierten länglichen Gehäuse (12) mit einem ersten Ende (32) und einem zweiten Ende (34),

einer Endabdeckungsbasis (42), die das erste Ende des Gehäuses einschließt,

einer Endabdeckung (40), die das zweite Ende des Gehäuses einschließt,

einer perforierten Trennwand (18), die in einer Zwischenlage in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei diese Trennwand erste und zweite längliche Kammern (14, 16) in dem Gehäuse bildet und in sich ausgebildet ein Kugelventil mit einer Kugelventilkammer (22) und ersten und zweiten Öffnung (26, 28), die die Kugelventilkammer mit der ersten bzw. zweiten länglichen Kammer verbinden, besitzt, der Eingang zu der zweiten Kammer (16) eine erste Position und der Eingang zu der ersten Kammer eine zweite Position anzeigt die Kugelventilkammer eine bewegbare Kugel (24) darin hat, die so betätigbar ist, daß sie sich zwischen der ersten und zweiten Position bewegt um Gasfluß durch die Trennwand zu begrenzen, wobei in einem zweiten Fall die erste Kammer unter Druck gesetzt wird, der die Kugel des Kugelventils in die erste Position zwingt, Gasfluß in die zweite Kammer unterdrückt und dabei die erste Kammer von der zweiten Kammer isoliert, und in einem dritten Fall ein Druckabfall in der ersten Kammer den Eingriff der Ventilkugel (24) in der Kugelventilkammer (22) aus der ersten Position löst und erhöhter Druck in der zweiten Kammer die Kugel (24) in die zweite Position zwingt um die zweite Kammer (16) von der ersten Kammer (14) zu isolieren,

ersten und zweiten länglichen gaserzeugenden Beschickungen (56, 82) von festem pyrotechnischem Material, die in der ersten bzw. zweiten länglichen Kammer (14, 16) enthalten sind,

ersten und zweiten länglichen perforierten Zünderrohren (52, 80), die in funktioneller Beziehung mit der ersten bzw. zweiten länglichen gaserzeugenden Beschickung (56, 82) vorgesehen sind, wobei jedes der perforierten Zünderrohre ein erstes und ein zweites Ende hat, und

einer Zündkapsel (94), die in funktioneller Beziehung mit nur einem der perforierten Zünderrohre (52, 80) vorgesehenen ist.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, bei dem die Zündkapsel (94) in funktioneller Beziehung mit der ersten gaserzeugenden Beschickung (56) vorgesehen ist.

3. Gasgenerator nach Anspruch 2,

bei dem das perforierte längliche Gehäuse (12) eine zylindrische Wand (32) mit mehreren Auslaßöffnungen (38) hat, die darin entlang ihrer Länge in wenigstens zwei Reihen auf jeder der gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses ausgebildet sind, und weiterhin mit

ersten und zweiten länglichen perforierten Verbrennungskammerrohren (46, 76), von denen jedes ein erstes Ende und ein zweites Ende und eine Innenwand hat,

ersten und zweiten länglichen Filtersieben (50, 78),

ersten und zweiten länglichen zerbrechbaren Folienbarrieren (48, 72),

ersten und zweiten länglichen Kühl und Filtersieben (44, 74), von denen jedes ein erstes Ende und ein zweites Ende hat,

wobei die ersten und zweiten länglichen gaserzeugenden Beschickungen (56, 82) in dem ersten bzw. zweiten Verbrennungskammerrohr (46, 76) enthalten sind,

wobei die ersten und zweiten Filtersiebe (50, 78) in umgebender Beziehung zu der ersten bzw. zweiten gaserzeugenden Beschickung in dem jeweils verbundenen perforierten Verbrennungskammerrohr vorgesehen sind,

wobei die erste Folienbarriere (48) in umgebender Beziehung zu dem Filtersieb (50) und der gaserzeugenden Beschickung (56) in dem ersten perforierten Verbrennungskammerrohr (46) vorgesehen ist,

wobei die ersten und zweiten länglichen Kühl- und Filtersiebe (44, 74) in umgebender Beziehung zu dem ersten bzw. zweiten Verbrennungskammerrohr (46, 76) vorgesehen sind und

wobei die zweite Folienbarriere (72) in umgebender Beziehung zu den zweiten Kühl- und Filtersieben (74) vorgesehen ist.

4. Gasgenerator nach Anspruch 3, bei dem die Dicke der ersten Folienbarriere (48) etwa 0,015 cm (0,006 Inch) beträgt und die Dicke der zweiten Folienbarriere (72) etwa 0,015 cm (0,004 Inch) beträgt.

5. Gasgenerator nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei dem das längliche Gehäuse aus Aluminium besteht und jedes der ersten und zweiten perforierten Rohre aus Stahl besteht.

6. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 3 bis 5 weiterhin mit

einem Endverschluß und Rohrhalter (62), der an dem ersten Ende (32) des länglichen Gehäuses angeordnet ist,

einem Endverschluß und Rohrpositionsgeber (86), der an dem zweiten Ende (34) des länglichen Gehäuses angeordnet ist, und

einer durchbrechbaren länglichen dritten Folienbarriere (70),

wobei der Endverschluß und Rohrhalter einen vorspringenden Abschnitt (64) hat, der sich in das erste Ende des ersten perforierten Verbrennungskammerrohres (46) erstreckt,

die Trennwand (18) einen ersten Abschnitt (66) darauf hat, der sich in enganliegender Beziehung in das zweite Ende des ersten perforierten Verbrennungskammerrohres erstreckt,

die dritte Folienbarriere (70) in funktioneller Beziehung zu dem ersten Abschnitt (66) der Trennwand angeordnet ist, um normalerweise den Gasfluß durch die erste Öffnung (26) zu verschließen,

der Endverschluß und Rohrhalter (62) einen Sitz (68) darauf hat, der das erste Ende des ersten perforierten Zünderrohrs (52) aufnimmt und positioniert,

das zweite Ende des ersten perforierten Zünderrohrs in angrenzender Beziehung mit dem ersten Abschnitt der Trennwand angeordnet ist, wobei sich die dritte Folienbarriere dazwischen befindet,

der Endverschluß und Rohrpositionierer (86) einen vorspringenden Abschnitt (90) besitzt, der sich in enganliegender Beziehung in das zweite Ende des zweiten perforierten Verbrennungskammerrohres (76) erstreckt,

die Trennwand einen zweiten Abschnitt (88) darauf hat, der sich in enganliegender Beziehung in das erste Ende des zweiten perforierten Verbrennungskammerrohres (76) erstreckt und

der Endverschluß und Rohrpositionierer (86) einen Sitze (92) auf seinem vorspringenden Abschnitt (90) zur Aufnahme und Positionierung des zweiten Endes des zweiten perforierten Zünderrohres (80) hat.

7. Gasgenerator nach Anspruch 6, bei dem der Endverschluß und Rohrhalter (62) einen anderen Abschnitt enthält, der das erste Ende der ersten Kühl- und Filtersiebe (44) zurückhält, wobei das zweite Ende der ersten Kühl- und Filtersiebe in benachbarter Beziehung zu der Trennwand (18) angeordnet ist, und

wobei der Endverschluß und Rohrpositionierer (86) einen anderen Abschnitt enthält, der das zweite Ende der zweiten Kühl- und Filtersiebe (74) zurückhält, wobei das erste Ende der zweiten Kühl- und Filtersiebe in benachbarter Beziehung zu der Trennwand (18) angeordnet ist.

8. Gasgenerator nach Anspruch 7 weiterhin mit einer Endabdeckungsbasis (42), die in dichtender Beziehung an dem ersten Ende (32) des Gehäuses (12) vorgesehen ist, wobei die Endabdeckungsbasis die Zünderkapsel (94) darin in dichtender Beziehung mit ihr enthält.

9. Gasgenerator nach Anspruch 8, bei dem die Zündkapsel (94) einen elektrischen Detonator mit elektrischen Verbindungen enthält, die außerhalb der Endabdeckungsbasis (42) und des Gehäuses (12) geführt sind.

10. Gasgenerator nach Anspruch 9, bei dem die Endabdeckungsbasis (42) durch Schwungradreibschweißen mit dem ersten Ende (32) des Gehäuses (12) verbunden ist.

11. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei dem die Perforationen in jedem der ersten und zweiten Verbrennungskammerrohre (46, 76) mehrere Löcher (96, 98) umfassen, die entlang seiner Länge in wenigstens zwei Reihen auf jeder seiner gegenüberliegenden Seiten ausgebildet sind, wobei diese Löcherreihen etwa in einem rechten Winkel in Bezug auf die Reihen von Auslaßöffnungen, die in dem Gehäuse (12) ausgebildet sind, positioniert sind.