DE69624112T2

DE69624112T2 - Azidfreier zweikammer-generator

Info

Publication number: DE69624112T2
Application number: DE69624112T
Authority: DE
Inventors: J. Desautelle; M. Vitek
Original assignee: Automotive Systems Laboratory Inc
Current assignee: Automotive Systems Laboratory Inc
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: EP0836563B1; DE69624112D1; CA2226364C; JPH11509154A; WO1997002160A1; US5628528A; EP0836563A4; KR19990028544A; EP0836563A1; CA2226364A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Gasgeneratoren wie sie zum Aufblasen von Airbags in einem Kfz-Insassenschutzsystem Verwendung finden und insbesondere einen verbesserten Gasgenerator mit variabler Ausgangsfüllrate, der auf sichere Weise eine geringe anfängliche Befüllung erlaubt.
Ein Gasgenerator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus DE 40 05 768 bekannt. Im Allgemeinen offenbart der Stand der Technik Befüllsysteme, die zur Entfaltung eines Kfz- Airbags einen einzelnen Gasgenerator in Fluidverbindung mit dem nicht befüllten Airbag vorsehen. Der Gasgenerator wird typischerweise durch einen Airbag-Zündkreis in Betrieb gesetzt, sobald die von Sensoren gemessene Fahrzeugbeschleunigung einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, etwa mittels eines Trägheitsschalters, der auf Beschleunigungen anspricht, und eines explosiven "Knallfroschs".
Konventionelle Befüllsysteme mit einem einzelnen Gasgenerator leiden an dem Nachteil, dass die anfängliche Druckaufbau- bzw. Füllrate im Allgemeinen im Hinblick auf eine aggressive oder schnelle anfängliche Befüllung eingestellt ist, um selbst für einen relativ nahe am Airbag sitzenden Fahrzeuginsassen eine festgelegte Füllzeit einzuhalten. Eine aggressive und unkontrollierte anfängliche Druckaufbaurate wird jedoch in Situationen problematisch, in denen sich der Insasse nicht in normaler Sitzposition befindet. Insbesondere kann der schnelle Druckaufbau dazu führen, dass der Airbag mit so starker Wucht gegen den Insassen schlägt, dass dieser verletzt wird.
Gioutsos et al lehren in ihrem gemeinsamen US-Patent Nr. 5.400.487 ein Befüllsystem, das die oben beschriebene Problematik durch Verwendung mehrerer Gasgeneratoren löst, die kontrolliert gezündet werden und so ein variables Füllprofil erlauben, das sich für jede gegebene Insassenposition und jede Aufprallart maßschneidern lässt. Diese Anordnung verbessert zwar die Effizienz der Befüllung dramatisch und maximiert dadurch die Schutzwirkung des Airbags für den Insassen; dies ist aber mit einer signifikant höheren Komplexität und wesentlich höheren Kosten verbunden. Insbesondere die Mehrzahl Gasgeneratoren und Zündladungen erhöht die Kosten des Systems beträchtlich, und gleichzeitig erfordert die Zündsteuerschaltung ausgeklügelte Prozessoren, um die einzelnen Zündzeitpunkte zeitrichtig anzusteuern.
Im US-Patent Nr. 5.009.855 offenbart Nilsson einen Gasgenerator, der innerhalb der Treibmittel-Verbrennungskammer ein Einsatzteil positioniert, um die Verbrennungskammer in zwei partiell voneinander getrennte Sektionen unterschiedlichen Rauminhalts zu unterteilen. Im Betriebszustand generiert ein Zünder eine Flammenfront, die bei ihrer Ausbreitung in der ersten Verbrennungskammersektion zunächst einen kleinen Teil des Treibmittels und schließlich nach Umwandern des Einsatzteils und Erreichen der zweiten Verbrennungskammersektion das restliche Treibmittel entzündet. Nilsson lehrt, dass das von der ersten Treibmittelsektion erzeugte Gasvolumen einen nicht in normaler Sitzposition befindlichen Insassen sanft in den Fahrzeugsitz presst, bevor schließlich die zweite Treibmittelsektion den Airbag in der kürzest möglichen Zeit auf sein Maximalvolumen aufbläht.
Nilsson offenbart zwar eine Gasgeneratoranordnung mit geringerer anfänglicher Füllrate; die genaue Anfangsrate kann dabei aber nur in kleinem Umfang gesteuert werden, da ein und dieselbe Flammenfront zur Entzündung beider Treibmittelsektionen verwendet werden muss. Deshalb besteht weiterhin Bedarf nach einem Gasgenerator, der in zufriedenstellender Weise einen variablen Druckaufbau zusammen mit einer geringen Anfangsfüllrate realisiert.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für ein Kfz-Airbagbefüllsystem einen verbesserten Gasgenerator zur Verfügung zu stellen, der in optimaler Weise eine geringe anfängliche Druckaufbaurate erlaubt, ohne Spitzenfülldruck oder Füllzeit dafür zu opfern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Gasgenerators, der die Verbrennung einer ersten nichtaziden Treibmittelladung und die damit verbundene Wärmefortleitung zur anschließenden Zündung einer zweiten, davon abgetrennten nichtaziden Treibmittelladung nutzt.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Gasgenerator mit variabler Ausgangsgaserzeugungsrate zur Verfügung gestellt, der umfasst:
ein Gehäuse mit einer Vielzahl von darin beabstandeten Aperturen,
eine erste Treibmittelkammer, die sich in dem Gehäuse befindet, und die so angeordnet ist,
dass sie mit der Vielzahl von Aperturen in Fluidverbindung steht;
eine zweite Treibmittelkammer, die sich in dem Gehäuse befindet, und die so angeordnet ist,
dass sie mit der Vielzahl von Aperturen in Fluidverbindung steht;
eine erste nichtazide Treibmittelladung, die in der ersten Kammer positioniert ist, und eine vorbestimmte Brenntemperatur aufweist;
eine zweite nichtazide Treibmittelladung, die in der zweiten Kammer positioniert ist, und
ein Zünder, der in dem Gehäuse so positioniert ist, dass er nur der ersten Treibmittelkammer eine Flammenfront zuführt, wobei die Entzündung der ersten Ladung durch die Flammenfront eine Wärmeenergie erzeugt, die anschließend durch Weiterleiten die zweite nichtazide Treibmittelladung entzündet, wobei die erste und die zweite Treibmittelkammer jeweils durch eine feste Barriere getrennt sind, welche die Zünderflammenfront daran hindert, von der ersten Kammer zu der zweiten Kammer zu gelangen.
Die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführung macht zusammen mit den begleitenden Zeichnungen die vorliegende Erfindung verständlicher.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Querschnittansicht eines Befüllsystems mit zwei Treibmittelkammern gemäß einer ersten beispielhaften Ausführung;
Fig. 2 ist eine Ansicht entlang der Schnittlinie 2-2 aus Fig. 1;
Fig. 3 zeigt eine Querschnittansicht einer zweiten beispielhaften Ausführung des Befüllsystems; und
Fig. 4 ist ein Diagramm mit Vergleichskurven bezüglich des Fülldrucks.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführung(en)

Wie Fig. 1 und 2 zeigen, umfasst ein Gasgenerator oder Befüllsystem 10 für einen Kfz-Airbag gemäß einer ersten beispielhaft gestalteten Ausführung der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 12, beispielsweise ein mit vielen Gasaustrittsöffnungen 14 versehenes Schmiedestück aus Aluminium. Das Gehäuse 12 hat an einem Ende einen mit ihm aus einem Stück bestehenden Verschluss 16 und ist am gegenüberliegenden Ende 18 offen, um einen Endverschluss 20 aufzunehmen. Der Endverschluss 20 hat eine zentrale Bohrung 22 zur Aufnahme eines konventionellen Zünders 24. Der Zünder 24 ist mit einem Paar elektrischer Leiter 26 und 28 ausgestattet, um die elektrische Zündung einer in ihm enthaltenen Explosionsladung zu erleichtern.
Ein zylindrisches Treibmittelrohr 30 ist mit einem Endabschnitt 32 am Endverschluss 20 abgestützt und wird an seinem gegenüberliegenden Endabschnitt von dem geschlossenen Endabschnitt 16 des Gehäuses 12 getragen.
Das Treibmittelrohr 30 ist mit vielen relativ kleinen Aperturen 36 versehen. Das Innere des Treibmittelrohrs 30 ist mit einer Berstfolie 38 versehen, die einen Druckaufbau und eine Ausbreitung der Flammenfront mittels einer Vielzahl nichtazider Treibmittelkörner 40 und 66 steuert, die im Innern des Treibmittelrohrs angebracht sind.
Das Treibmittelrohr 30 ist von einem Schlackensieb 42 umgeben, das einen oder mehrere Schichten Maschendrahtes umfasst. Eine Stauröhre 44 ist teleskopartig über das Treibmittelrohr 30 geschoben und begrenzt durch ihren radialen Abstand zu dem an diesem angeordneten Schlackensieb 42 einen Zwischenraum 46 radial außerhalb des Siebs 42. Die Stauröhre 44 ist mit vielen relativ weiten Aperturen 48 versehen und von einem abschließenden Filtersieb 50 umgeben.
Vom Treibmittel 40 generierte Gase verlassen das Treibmittelrohr 30 durch die darin enthaltenen Aperturen 36, treten durch das Schlackensieb 42 und gelangen in den Zwischenraum 46, der durch das Schlackensieb 42 und die radial innere Wand der Stauröhre 44 gebildet wird. Anschließend strömen die Gase durch die Aperturen 48 der Stauröhre 44 und durch das abschließende Filtersieb 50 radial nach außen und treten durch die Austrittsöffnungen 14 des Gehäuses 12 aus.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch die Positionierung einer starren Barriere 60 innerhalb des Treibmittelrohrs 30 zwei voneinander getrennte Treibmittelkammern 62 und 64 gebildet und dadurch ein geringer anfänglicher Druckaufbau erzielt. Die Barriere stellt eine Vorrichtung dar, die die durch den Zünder 24 generierte, sich ausbreitende Flammenfront an der unmittelbaren Verbrennung der Treibmittelkörner 66 hindert. Stattdessen führen die durch Verbrennung der Treibmittelkörner 40 generierte Hitze und die dadurch erzwungene Wärmekonvektion und/oder Wärmeleitung zu einer anschließenden, verzögerten Entzündung der Treibmittelkörner 66. Insbesondere fließt die Wärmeenergie beispielsweise über die Aperturen 36 und den Zwischenraum 46 inhärent von der Kammer höherer Temperatur 62 zur kühleren Kammer 64. Da sich die Treibmittelkörner der ersten Kammer 62 gemäß einer nichtaziden Formel zusammensetzen, reicht die bei der Verbrennung inhärent generierte Wärmemenge aus, um die Treibmittelkörner in der Kammer 64 durch Wärmeleitung zu entzünden. Eine konventionelle azide Treibmittelmischung würde nicht genug Wärmeenergie erzeugen, um einen Verbrennungsraum zu zünden, der vollständig von der durch den Zünder 24 erzeugten Flammenfront isoliert ist.
Wie Fig. 3 der Zeichnung zeigt, umfasst ein Befüllsystem 100 gemäß einer zweiten, exemplarisch realisierten Ausführung der vorliegenden Erfindung vier Hauptkomponenten, nämlich ein Gehäuse 102, ein nichtazides Treibmittel 104 und 106, einen Filter 108 sowie einen Zünder 110.
Das Gehäuse des Befüllsystems setzt sich aus zwei schüsselförmigen Teilen 112 und 114 zusammen, die umgekehrt ineinandergesteckt und so miteinander verschweißt sind. Das untere Gehäuseteil 114 enthält eine Vielzahl von Aperturen 116 zur Ausleitung des vom Treibmittel erzeugten Gases in den (nicht gezeichneten) Airbag.
Das Gehäuse 102 ist mit einem zentral angeordneten Zünderstützrohr 118 versehen, das mit seinem unteren, nach außen erweiterten Ende an eine dazu komplementäre Erhebung im Gehäuseunterteil geschweißt ist. Das Rohr 118 hält den Zünder 110 in seinem Inneren und ist mit dem Gehäuseoberteil 112 verschweißt.
Das Zünderrohr 118 ist in einem Umfangsbereich unterhalb des Zünders 110 mit einer Vielzahl von Aperturen 120 versehen. Die Aperturen 120 erlauben es einer durch den Zünder 110 generierten Flammenfront, zum nichtaziden Treibmittel 104 innerhalb der ersten Verbrennungskammer 122 vorzudringen. Eine zwischen dem Zünderrohr 118 und einer Treibmittel-Rückhaltehülse 126 positionierte Trennwand 124 bildet eine zweite Verbrennungskammer 128. Innerhalb der zweiten Verbrennungskammer 128 befindet sich Treibmittel 106. In die Rückhaltehülse ist eine Vielzahl von Aperturen 130 eingebracht, um das radiale Ausströmen des durch die Treibmittel 104 und 106 erzeugten Gases zu ermöglichen. Das Filter 108 umfasst ein Ringgeflecht aus Feindraht, das bei der Montage der Gehäuseteile 112 und 114 zwischen diese axial federnd eingepresst ist. Der Filter 108 wird in radialer Richtung durch einen relativ schweren Drahtschirm 132 zurückgehalten. Dieser gleicht die radiale Ausdehnung des Filterelements 108 aus, die durch Montage der Gehäusekomponenten 112 und 114 und die dadurch bewirkte Längskompression entsteht.
Wie bei der ersten beispielhaften Ausführung 10 führen die durch Verbrennung des Treibmittels 104 generierte Wärmeenergie und die dadurch erzwungene Wärmekonvektion und/oder Wärmeleitung zu einer anschließenden, verzögerten Entzündung des Treibmittels 106. Die Flammenfront des Zünders gelangt nur in die erste Verbrennungskammer 122, wohingegen die darin erzeugte Hitze mittels Wärmeleitung über die Vielzahl von Aperturen 130 die zweite Verbrennungskammer 128 erreicht.
Wie oben beschrieben, nützt die vorliegende Erfindung die hohe Verbrennungstemperatur einer nichtaziden Treibmittelmischung in vorteilhafter Weise zur vollständigen Trennung der beiden Verbrennungskammern. Das Gesamtfüllprofil des Gasgenerators lässt sich auf diese Weise optimal steuern und maßschneidern, sodass ein gewünschtes Füllprofil erzeugt werden kann.
Wie in Fig. 4 zu sehen ist, veranschaulicht Kurve 200 einen konventionellen Ausgang eines Befüllsystems mit starkem Anstieg des Airbag-Fülldrucks in den ersten 30 Millisekunden. Wie oben beschrieben, wird dieser schnelle Druckanstieg durch die hohe Anfangsräte des Verbrennungsgases verursacht. Mittels der durch Wärmeleitung gezündeten zweiten Treibmittelkammer der vorliegenden Erfindung ergibt sich hingegen eine wünschenswerte S-Kurve mit geringer Anfangsrate (siehe Kurve 202), ohne dass dafür Spitzenfülldruck oder Füllzeit geopfert werden.

Claims

1. Gasgenerator (10) mit einer variablen Ausgangsgaserzeugungsrate, der umfasst:

ein Gehäuse (12) mit einer Vielzahl von darin beabstandeten Aperturen (14),

eine erste Treibmittelkammer (62), die sich in dem Gehäuse (12) befindet, und die so angeordnet ist, dass sie mit der Vielzahl von Aperturen (14) in Fluidverbindung steht;

eine zweite Treibmittelkammer (64), die sich in dem Gehäuse (12) befindet, und die so angeordnet ist, dass sie mit der Vielzahl von Aperturen (14) in Fluidverbindung steht;

eine erste nichtazide Treibmittelladung (40), die in der ersten Kammer (62) positioniert ist, und eine vorbestimmte Brenntemperatur aufweist;

eine zweite nichtazide Treibmittelladung (66), die in der zweiten Kammer (64) positioniert ist, und

ein Zünder (24), der in dem Gehäuse (12) positioniert ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Zünder (24) nur der ersten Treibmittelkammer (62) eine Flammenfront zuführt, wobei die Entzündung der ersten Ladung (40) durch die Flammenfront eine Wärmeenergie erzeugt, die anschließend durch Weiterleiten die zweite nichtazide Treibmittelladung (66) entzündet, wobei die erste (62) und die zweite (66) Treibmittelkammer jeweils durch eine feste Barriere (60) getrennt sind, welche die Zünderflammenfront daran hindert, von der ersten Kammer (62) zu der zweiten Kammer (64) zu gelangen.

2. Gasgenerator aus Anspruch 1, wobei die erste (122) und die zweite (28) Kammer radial um den Zünder (110) angeordnet sind.

3. Gasgenerator aus Anspruch 1, wobei die erste (62) und die zweite (64) Kammer relativ zu dem Zünder (24) so axial angeordnet sind, dass sie eine stapelförmige Anordnung bilden.