DE69817910T2

DE69817910T2 - Gasgenerator für einen Luftsack und Luftsacksystem

Info

Publication number: DE69817910T2
Application number: DE69817910T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Himeji-shi Katsuda; Shogo Yobe-ku Tomiyama; Yoshihiro Himeji-shi Nakashima
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2018-04-24
Also published as: EP0876943A2; US6386582B2; US6183006B1; ATE249351T1; TW369493B; EP0876943A3; JP2926040B2; JPH1120598A; US20020017777A1; CN1198999A; US6224096B1; EP0876943B1; DE69817910D1; CN1098181C

Description

Beschreibung der Erfindung
Technischer Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasgenerator für einen Luftsack zum Schutz eines Insassen vor einem Aufprall sowie ein Luftsacksystem. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Gasgenerator für einen Luftsack, wobei das Verhältnis (A/At) der Gesamtoberfläche A der in einem Gehäuse befindlichen Festtreibstoffteile zur offenen Gesamtfläche At der Ausströmöffnungen im Gehäuse auf einen bestimmten Bereich festgelegt ist.
Stand der Technik
Bei einem herkömmlichen Gasgenerator für einen Luftsack befinden sich in einem Gehäuse mit Ausströmöffnungen eine Zündvorrichtung, die aktiviert wird, wenn ein Crashsensor einen Aufprall feststellt, ein Treibstoff, der von der Zündvorrichtung gezündet wird und unter Entstehung eines Abbrandgases verbrennt, sowie eine Filtervorrichtung zur Kühlung des Abbrandgases und/oder Rückhaltung von Verbrennungsrückständen.
In einem solchen Gasgenerator wird der Treibstoff gezündet und unter Entstehung eines Abbrandgases verbrannt, wenn die Zündvorrichtung bei Feststellen eines Aufpralls aktiviert wird. Das Abbrandgas wird durch den Filter im Gehäuse gekühlt und gereinigt und tritt durch die Ausströmöffnungen aus dem Gehäuse aus. Die zur Erzeugung des Abbrandgases dienenden Treibstoffe können grob in azidhaltige und azidfreie Treibstoffe unterteilt werden.
Azidhaltiger Treibstoff (wie z. B. NaN₃/CuO) hat eine relativ hohe lineare Abbrandgeschwindigkeit, z. B. ca. 45 bis 50 mm/s bei einem Druck von 6,86 MPa (70 kg/cm²). Folglich können, selbst wenn der Treibstoff in relativ großen pelletförmigen oder scheibenförmigen Teilen vorliegt, die mit hoher Stabilität gelagert werden können, die Treib stoff-Pellets oder -Scheiben innerhalb einer erwünschten Zeitdauer, d. h. z. B. für einen Luftsack für die Fahrerseite in 40 bis 60 ms, vollständig verbrennen.
Hingegen hat azidfreier Treibstoff im Allgemeinen eine lineare Abbrandgeschwindigkeit von 30 mm/s oder weniger. Liegt ein solcher Treibstoff beispielsweise in pelletförmigen Teilen mit einem Durchmesser von 2 mm oder in scheibenförmigen Teilen mit einer Dicke von 2 mm vor, kann zwar die Form dieser Treibstoff-Pellets oder -Scheiben mit hoher Stabilität erhalten werden, jedoch liegt die Abbranddauer bei einer linearen Abbrandgeschwindigkeit von ca. 20 mm/s mit ca. 100 ms höher als die erwünschte Abbranddauer von 40 bis 60 ms. Bei einer linearen Abbrandgeschwindigkeit von ca. 20 mm/s muss der Durchmesser der Treibstoff-Pellets oder die Dicke der Treibstoff-Scheiben ca. 1 mm betragen, um eine erwünschte Abbranddauer zu erzielen. Bei einer linearen Abbrandgeschwindigkeit von ca. 10 mm/s oder weniger muss die Dicke der Treibstoff-Pellets oder -Scheiben auf ca. 0,5 mm oder weniger reduziert werden. Jedoch ist es praktisch unmöglich, aus einem Treibstoff Pellets oder Scheiben mit einem solchen Durchmesser oder einer solchen Dicke herzustellen, die den Vibrationen in einem Kraftfahrzeug über einen längeren Zeitraum widerstehen und zugleich in einem hochstabilen Zustand gehalten werden können. Ein mit solchen Treibstoff-Pellets oder -Scheiben befüllter Gasgenerator kann seine Funktionen nicht zufriedenstellend ausführen. Daher stellt die Entwicklung eines Gasgenerators mit einem azidfreien Treibstoff, der sich in der Praxis als vorteilhaft erweist, bisher ein Problem dar.
Zusammenfassung der Erfindung
Folglich ist es ein Ziel vorliegender Erfindung, einen Gasgenerator für einen Luftsack bereitzustellen, in dem der Treibstoff innerhalb einer erwünschten Zeitdauer vollständig verbrennt, und der zufriedenstellende Betriebsparameter aufweist.
Da der bei Aktivierung des Gasgenerators im Gehäuse entstehende Maximaldruck je nach Umgebungstemperatur variiert, stellt sich das Problem, einen Gasgenerator für einen Luftsack mit stabilen Betriebsparametern bereitzustellen, die nicht wesentlich von der Umgebungstemperatur abhängig sind.
Daher ist es ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung, einen Gasgenerator für einen Luftsack bereitzustellen, der zu niedrigen Herstellungskosten verfügbar ist und mit hoher Stabilität unabhängig von der Umgebungstemperatur funktioniert.
Der Gasgenerator für einen Luftsack gemäß vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (A/At) der Gesamtoberfläche A der in einem Gehäuse befindlichen Festtreibstoffteile zur offenen Gesamtfläche At der Ausströmöffnungen im Gehäuse auf einen bestimmten Bereich festgelegt ist.
Insbesondere gilt, dass in dem Gasgenerator für einen Luftsack gemäß vorliegender Erfindung, in dem eine Zündvorrichtung, die aktiviert wird, wenn ein Crashsensor einen Aufprall feststellt, ein Treibstoff, der von der Zündvorrichtung gezündet wird und unter Entstehung eines Abbrandgases verbrennt, und eine Filtervorrichtung zur Kühlung des Abbrandgases und/oder Rückhaltung von Verbrennungsrückständen in einem Gehäuse mit Ausströmöffnungen untergebracht sind, das Verhältnis (A/At) der Gesamtoberfläche A der in dem Gehäuse befindlichen Festtreibstoffteile zur offenen Gesamtfläche At der Ausströmöffnungen mehr als 300 beträgt.
Bei einem Verhältnis (A/At) der Gesamtoberfläche A des Treibstoffs zur offenen Gesamtfläche At der Ausströmöffnungen von mehr als 300, kann eine Differenz zwischen den Maximaldrücken bei 35°C und bei 20°C und eine Differenz zwischen den Maximaldrücken bei 20°C und bei –40°C, die in Behälterdruckprüfungen mittels eines Behälters mit einem Fassungsvermögen von 60 l ermittelt werden, jeweils maximal 25% des in der Behälterdruckprüfung bei 20°C ermittelten Maximaldrucks betragen. Insbesondere beträgt die Schwankung des Maximaldrucks vorzugsweise nicht mehr als 40 kPa. In dem Gasgenerator für einen Luftsack für die Fahrerseite und die Beifahrerseite kann das Verhältnis (A/At) der Gesamtoberfläche A des Treibstoffs zur offenen Gesamtfläche At der Ausströmöffnungen mehr als 300 aber nicht mehr als 1300 betragen, vorzugsweise jedoch zwischen 450 und 1300 und insbesondere vorzugsweise zwischen 450 und 1000.
In vorliegender Erfindung hängt das Verhältnis A/At im Wesentlichen von Ausströmöffnungen und einem Treibstoff ab. Andere Faktoren können nicht berücksichtigt werden. Es wird vorgeschlagen, den Gasgenerator gemäß vorliegender Erfindung möglichst ohne weitere in den Gasgenerator installierte Vorrichtungen mit wesentlichem Einfluss auf das Verhältnis A/At zu konstruieren und zu betreiben. Beispielsweise kann empfohlen werden, jenen Vorrichtungen, die den Gasstrom drosseln und den Verbrennungsdruck steuern, keine Vorrichtung mit hohem Strömungswiderstand vorzuschalten.
Zum Beispiel wird, wie in den unten stehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, den Vorrichtungen zur Steuerung des Verbrennungsdrucks, d. h. den Ausströmöffnungen, im Allgemeinen eine Filter-/Kühlvorrichtung vorgeschaltet, um das erzeugte Abbrandgas zu kühlen und feste Verbrennungsrückstände aus dem Gasstrom herauszufiltern.
Die Filter-/Kühlvorrichtung besteht aus einem durchlässigen Gitternetz aus einem Metalldraht, sodass die Gase durch die Filter-/Kühlvorrichtung strömen können und diese die oben genannten Funktionen ausüben kann. Die Oberflächenberührung zwischen dem Gasstrom und der Filter-/Kühlvorrichtung bewirkt einen Wärmeaustausch und die Rückhaltung von Verbrennungsrückständen, und stellt zugleich einen Strömungswiderstand für den Gasstrom dar. Ein ähnlicher Strömungswiderstand wird durch die Ausströmöffnungen ausgeübt, die den Verbrennungsdruck steuern. Wenn der Strömungswiderstand der Filter-/Kühlvorrichtung niedriger ist als der Strömungswiderstand der Ausströmöffnungen, kann das Verhältnis A/At bei der Installierung der Filter-/Kühlvorrichtung exakt wie oben beschrieben gesteuert und bestimmt werden.
Der Strömungswiderstand der Ausströmöffnungen ist korreliert mit der Größe ihrer offenen Fläche, und der Strömungswiderstand der Filter-/Kühlvorrichtung ist korreliert mit der Größe der Fläche, durch die das Gas strömt. Ein Beispiel für diese Korrelationen wird weiter unten beschrieben.
Der oben beschriebene Luftsack-Gasgenerator für die Fahrerseite hat eine für die Installierung auf der Fahrerseite, z. B. im Lenkrad etc., geeignete Struktur. Das heißt, der Luftsack-Gasgenerator für die Fahrerseite ist ein Gasgenerator für ein Luftsacksystem zum Schutz des Fahrers durch Aktivierung des Luftsacksystems. Andererseits hat der Luftsack-Gasgenerator für den Beifahrersitz, z. B. neben dem Fahrersitz in der Vordersitzreihe, eine für die Installierung auf der Beifahrerseite, z. B. in der Umgebung eines Armaturenbretts, geeignete Struktur. Das heißt, der Luftsack-Gasgenerator für den Bei fahrersitz ist ein Gasgenerator für ein Luftsacksystem zum Schutz des Beifahrers durch Aktivierung des Luftsacksystems.
Das oben beschriebene Gehäuse kann durch Gieß- oder Schmiedeverfahren hergestellt sein, oder durch Formpressen eines Diffusormantels mit Ausströmöffnungen, durch welche das beim Abbrand des Treibstoffs entstehende Abbrandgas austritt, und durch Formpressen eines Abschlussmantels mit einer zentralen Öffnung, in welche die Zündvorrichtung eingesetzt ist, und durch Verbinden beider Mäntel mittels verschiedener Schweißverfahren, wie z. B. Plasmaschweißen, Reibschweißen, Buckelschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen und Wolframinertgasschweißen. Das so formgepresste Gehäuse kann auf einfache Weise und zu niedrigen Kosten hergestellt werden: Diffusormantel und Abschlussmantel können jeweils z. B. aus einem rostfreien Stahlblech mit einer Dicke von 1,2 bis 3,0 mm hergestellt werden. Der Rauminhalt des Gehäuses beträgt vorzugsweise zwischen 60 und 130 ccm bei einem Gasgenerator für den Fahrer-Luftsack und zwischen 150 und 600 ccm bei einem Gasgenerator für den Beifahrer-Luftsack. Die Ausströmöffnungen in dem Gehäuse sind vorzugsweise runde Löcher mit einem Innendurchmesser von 2 bis 5 mm, und die offene Gesamtfläche der Ausströmöffnungen beträgt vorzugsweise zwischen 50 und 200 mm² bei einem Gasgenerator für den Fahrer-Luftsack, und zwischen 60 und 500 mm² bei einem Gasgenerator für den Beifahrer-Luftsack.
Die Ausströmöffnungen im Gehäuse sind vorzugsweise durch ein Aluminiumband verschlossen, dessen Breite 2 bis 3,5 mal so groß ist wie der Durchmesser jeder Ausströmöffnung, um ein Eindringen von Feuchtigkeit von außen zu verhindern. Das Aluminiumband kann ein selbstklebendes Band sein oder durch verschiedene Arten von Klebern an das Gehäuse angebracht sein, wie z. B. durch Hitzeeinwirkung zum Schmelzen und damit zum sicheren Verkleben gebrachte Materialien. Zum Beispiel kann zum Anbringen des Aluminiumbandes an das Gehäuse ein Schmelzkleber benutzt werden.
Der Treibstoff wird in dem beschriebenen Gasgenerator insbesondere dann effektiver genutzt, wenn seine lineare Abbrandgeschwindigkeit bei einem Druck von 6,86 MPa (70 kg/cm²) zwischen 7 und 30 mm/s, vorzugsweise jedoch zwischen 7 und 15 mm/s liegt. Ein Treibstoff mit solchen Eigenschaften kann z. B. ein azidfreier Treibstoff mit einer stickstoffhaltigen organischen Verbindung, einem Oxidationsmittel und einem Schla ckenbildner sein. Der Anteil der stickstoffhaltigen organischen Verbindung in dem Treibstoff kann zwischen 25 und 60 Gew.-%, der Anteil des Oxidationsmittels zwischen 40 und 65 Gew.-% und der Anteil des Schlackenbildners zwischen 1 und 20 Gew.-% liegen.
Die stickstoffhaltige organische Verbindung dient als Brennstoff und Stickstoffquelle. Als eine solche stickstoffhaltige organische Verbindung kommen in Frage: Verbindungen mit Tetrazol, Triazol, oder eine stickstoffhaltige organische Verbindung aus diesen Metallsalzen oder dergleichen und einem sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel, wie z. B. Alkalimetallnitrat, als Hauptbestandteile, sowie Triaminoguanidinnitrat, Carbohydrazid, Nitroguanidin und andere.
In vorliegender Erfindung wird vorzugsweise Nitroguanidin verwendet. Der Anteil der stickstoffhaltigen organischen Verbindung in dem Treibstoff kann im Allgemeinen zwischen 25 und 60 Gew.-% und vorzugsweise zwischen 30 und 40 Gew.% liegen, variiert jedoch je nach Anzahl der Kohlenstoff-Elemente, Wasserstoff-Elemente und anderer oxidierter Elemente in der Molekülformel. Obwohl der absolute Wert des Anteils der stickstoffhaltigen Verbindung je nach Art des enthaltenen Oxidationsmittels variiert, steigt die CO-Konzentration in dem entstehenden Gas, wenn der absolute Wert größer ist als der Sollwert der vollständigen Oxidation, und steigt die NOx-Konzentration in dem entstehenden Gas, wenn der absolute Wert gleich oder geringer als der Sollwert der vollständigen Oxidation ist. Entsprechend wird der Anteil der stickstoffhaltigen Verbindung vorzugsweise so gewählt, dass die CO- und NOx-Konzentrationen optimal ausgewogen sind.
Der Schlackenbildner in dem Treibstoff dient zur Umwandlung eines flüssigen Zustands eines Alkalimetall- oder Erdalkalimetall-Oxids, das durch Abbau des Oxidationsmittels in dem Treibstoff entsteht, in einen festen Zustand, um das Oxid im Brennraum zurückzuhalten und so den Austritt des Oxid-Gasnebels aus dem Gasgenerator zu verhindern. Der optimale Schlackenbildner kann so gewählt werden, dass er für die Versetzung des jeweiligen metallischen Bestandteils in den festen Zustand geeignet ist. Der Schlackenbildner kann aus mindestens einem der folgenden Materialien bestehen: Natürliche Tone mit Aminosilikat als ein Hauptbestandteil, wie z. B. Bentonite und Kaoline, künstliche Tone wie z. B. synthetischer Glimmer, synthetischer Kaolinit und synthetischer Smektit, sowie Talkum als eine Mineralart wasserhaltiger Magnesiumsilikate. In vorliegender Erfindung kann vorzugsweise säureaktivierter Ton als Schlackenbildner eingesetzt werden. Der Anteil des Schlackenbildners in dem Treibstoff kann zwischen 1 und 20 Gew.-%, vorzugsweise jedoch zwischen 3 und 7 Gew.-% liegen. Ist der Anteil des Schlackenbildners zu hoch, verringert sich die lineare Abbrandgeschwindigkeit und damit die Effizienz des Treibstoffs. Ist der Anteil zu niedrig, kann der Schlackenbildner seine Schlackenbildungsfunktion nicht zufriedenstellend ausführen.
Das Oxidationsmittel kann aus bekannten Alkalimetall- oder Erdalkalimetallnitraten, Chloraten oder Perchloraüen bestehen. Insbesondere besteht das Oxidationsmittel vorzugsweise aus mindestens einem Alkalimetall- oder Erdalkalimetallnitrat, das Kation enthält. Beispielsweise wird vorzugsweise Strontiumnitrat verwendet. Obwohl der absolute Wert des Oxidationsmittelanteils in dem Treibstoff je nach Art und Menge der Zusammensetzung des Treibstoffs variiert, beträgt er vorzugsweise zwischen 40 und 65 Gew.-%, und insbesondere unter Berücksichtigung der oben beschriebenen CO- und NOx-Konzentrationen zwischen 45 und 60 Gew.-%.
Folglich kann in vorliegender Erfindung ein azidfreier Treibstoff aus 31,5 Gew.-% Nitroguanidin, 51,5 Gew.-% Sr(NO₃)₂, 10,0 Gew.-% Natriumsalz aus Carboxymethylcellulose und 7,0 Gew.-% säureaktiviertem Ton zusammengesetzt sein. Ebenso kann ein azidfreier Treibstoff aus 31,0 Gew.-% Nitroguanidin, 54,0 Gew.-% Sr(NO₃)₂, 10,0 Gew.-% Natriumsalz aus Carboxymethylcellulose und 5,0 Gew.-% säureaktiviertem Ton verwendet werden.
Weiterhin kann der Treibstoff ein bekanntes Bindemittel enthalten, um den Festtreibstoff in Teilen mit bestimmter Form bereitzustellen.
Der Treibstoff kann in Form von zylindrischen Teilen mit axial durchgängigem Hohlraum vorliegen, wodurch die Oberfläche des Treibstoffs erhöht wird. Damit der Treibstoff innerhalb einer erwünschten Abbranddauer vollständig verbrennt, ist die kleinste Dicke der zylindrischen Wand des Treibstoffteils vorzugsweise auf 0,01 bis 2,5 mm, und insbesondere vorzugsweise auf 0,01 bis 1,0 mm festgelegt. Bei einer Wanddicke von beispielsweise 0,85 mm kann das zylindrische Treibstoffteil mit axial durchgängigem Hohlraum einen Außendurchmesser von 2,5 mm und einen Innendurchmesser von 0,8 mm aufweisen. Bei einer Wanddicke von 1,2 mm kann das zylindrische Treibstoffteil mit axial durchgängigem Hohlraum einen Außendurchmesser von 3,2 mm und einen Innendurchmesser von 0,8 mm aufweisen.
Die Menge des im Gasgenerator befindlichen Treibstoffs beträgt vorzugsweise zwischen 20 und 50 g bei einem Gasgenerator für den Fahrer-Luftsack, und zwischen 50 und 190 g bei einem Gasgenerator für den Beifahrer-Luftsack.
Ist der im Gehäuse befindliche Treibstoff ein azidfreier Treibstoff, weist er bei einem Druck von 6,86 MPa (70 kg/cm²) eine lineare Abbrandgeschwindigkeit von 5 bis 30 oder 7 bis 30 mm/s auf. Wenn dieser Treibstoff in Gasgeneratoren für Luftsäcke in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, muss der Treibstoff innerhalb von 40 bis 60 ms verbrennen, um den Luftsack auf der Fahrerseite aufzublasen, und innerhalb von 50 bis 80 ms, um den Luftsack auf der Beifahrerseite aufzublasen. Um den Abbrand des Treibstoffs zu steuern, wird daher das Verhältnis (A/At) der Gesamtoberfläche A der Festtreibstoffteile zur offenen Gesamtfläche At der Ausströmöffnungen auf größer als 300 festgelegt. Bei Gasgeneratoren für Luftsäcke auf der Fahrerseite und der Beifahrerseite kann das Verhältnis A/At auf größer als 300 aber nicht größer als 1300 festgelegt sein, vorzugsweise auf 450 bis 1300 und insbesondere vorzugsweise auf 450 bis 1000. In diesem Fall kann der Treibstoff innerhalb der oben angegebenen Abbranddauer vollständig verbrennen.
Wenn das Verhältnis A/At oberhalb der Höchstgrenze liegt, steigt der Druck im Gasgenerator übermäßig an, was die Abbrandgeschwindigkeit des Treibstoffs übermäßig erhöht. Wenn das Verhältnis A/At unterhalb der Untergrenze liegt, sinkt der Druck im Gasgenerator, was die Abbrandgeschwindigkeit wiederum extrem verringert. In beiden Fällen liegt die Abbrandgeschwindigkeit außerhalb des erwünschten Bereichs und wird folglich kein funktionsfähiger Gasgenerator bereitgestellt.
Wenn das Verhältnis (A/At) der Gesamtoberfläche A des Treibstoffs zur offenen Gesamtfläche At der Ausströmöffnungen wie oben beschrieben festgelegt ist, beträgt eine Differenz zwischen den Maximaldrücken bei 85°C und bei 20°C und eine Differenz zwischen den Maximaldrücken bei 20°C und bei –40°C, die in Behälterdruckprüfungen mittels eines Behälters mit einem Fassungsvermögen von 60 l ermittelt werden, jeweils maximal 25% des in der Behälterdruckprüfung bei 20°C ermittelten Maximaldrucks, und kann außerdem nicht höher sein als 40 kPa. Somit ist der Maximaldruck im Gehäuse bei Aktivierung des Gasgenerators nicht abhängig von der Umgebungstemperatur und zeigt der Luftsack-Gasgenerator gemäß vorliegender Erfindung stabile Betriebsparameter.
Bei der Behälterdruckprüfung ist der Gasgenerator, der die Treibstoffteile enthält, an der Innenwand eines Behälters aus SUS (rostfreier Stahl gemäß Japanischer Industrienorm) mit einem Fassungsvermögen von 60 Litern befestigt. Der Behälter wird luftdicht geschlossen und anschließend an einen externen Zündschaltkreis angeschlossen. Mittels eines im Behälter integrierten Druckwandlers werden Druckanstieg oder Druckschwankungen im Behälter von Zeitpunkt 0 bis 200 Millisekunden gemessen, wobei der Zeitpunkt 0 den Zeitpunkt abbildet, an dem der Zündschaltkreis geschlossen wurde. Die Messdaten werden durch einen Computer verarbeitet und schließlich als Behälterdruck/Zeit-Kurve ausgegeben, anhand derer die Betriebsparameter des Gasgenerators bewertet werden können. Bei dieser Prüfung kann ein Teil des Gases im Behälter nach dem Abbrand entnommen werden, z. B. um das Gas hinsichtlich seines CO- und NOx-Gehalts zu untersuchen. Gemäß vorliegender Erfindung werden die Behälterdruckprüfungen bei –40°C, 20°C und 85°C durchgeführt, um anhand der Behälterdruck/Zeit-Kurve für jede Temperatur den Maximaldruck (d. h. den maximalen Behälterdruck) zu ermitteln, und um die Differenz zwischen den Maximaldrücken bei den Behälterdruckprüfungen bei 85°C und bei 20°C und die Differenz zwischen den Maximaldrücken bei den Behälterdruckprüfungen bei 20°C und bei –40°C zu berechnen.
Beim Abbrand des Treibstoffs im Gehäuse hängt die Abbrandrate von der jeweiligen Umgebung des Treibstoffs ab. Ein Faktor für die Abbrandrate des Treibstoffs ist insbesondere der Druckindex, d. h. ein Index „n" in der Gleichung r_b = a·Pⁿ, wobei „r_b" eine Abbrandrate ist, „a" eine Konstante in Abhängigkeit von der Ausgangstemperatur des Treibstoffs und „P" ein Innendruck im Gehäuse. Bei hohem Druckindex gilt: Je höher der Umgebungsdruck beim Abbrand (der Innendruck im Gehäuse), desto höher ist die Abbrandrate. Ein herkömmlich verwendeter azidhaltiger Treibstoff hat einen mit 0,2 bis 0,5 relativ niedrigen Druckindex. Folglich ist der Einfluss des Umgebungsdrucks auf die Abbrandrate gering. Ein azidfreier Treibstoff hat einen mit 0,4 bis 0,7 höheren Druckindex als der azidhaltige Treibstoff, weshalb sich die Abbrandrate in Korrelation zu Än derungen des Innendrucks im Gehäuse (Umgebungsdrucks) während des Abbrands deutlich verändern kann.
Hinsichtlich der Abbrandrate selbst ist bekannt, dass ein azidhaltiger Treibstoff wie NaN₃ und CuO bei Normaltemperaturen eine relativ hohe Abbrandrate von 45 bis 50 mm/s hat. Hingegen hat ein azidfreier Treibstoff im Allgemeinen eine Abbrandrate von nicht mehr als 30 mm/s. Das heißt, der azidhaltige Treibstoff wird von einer Druckveränderung während des Abbrands wenig beeinflusst und kann eine relativ hohe Abbrandrate beibehalten. Der azidfreie Treibstoff hat eine Abbrandrate, die sich in Korrelation zu Druckveränderungen während des Abbrands verändert. Bei einer niedrigen Ausgangstemperatur ist der Innendruck im Gehäuse niedrig, sodass ein azidfreier Treibstoff nur schwer verbrennt. Bei hoher Ausgangstemperatur ist der Innendruck im Gehäuse hingegen hoch, sodass die Abbrandrate steigt. Wird ein Gasgenerator mit Einsatz eines azidfreien Treibstoffs hergestellt, dessen Abbrandrate in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur deutlich schwanken kann, treten mehr Probleme auf als bei einem Gasgenerator mit Einsatz eines azidhaltigen Treibstoffs, auf den die unten aufgeführten Merkmale vorzugsweise zutreffen.
Erstens wird vorgeschlagen, die Treibstoffteile so dünn wie möglich und den Abbrandweg so kurz wie möglich zu gestalten, um eine vollständige Oxidation innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer auch bei niedriger Abbrandrate zu gewährleisten. Um eine vorzeitige Zerstörung der Treibstoffteile beim Abbrand oder durch Vibrationen von außen zu vermeiden, kann in diesem Fall die Dicke der Treibstoffteile mit Loch/Löchern, insbesondere in zylindrischer Form mit axial durchgängigem Loch, vorteilhaft angepasst werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die Zündbarkeit des Treibstoffs zu verbessern, um einen vollständigen Abbrand innerhalb einer bestimmten Zeitdauer zu gewährleisten. Eine Methode ist, die Oberfläche (A) des Treibstoffs zu vergrößern. Weiterhin kann der Abbrand konstant verlaufen, wenn Druckschwankungen im Gehäuse während des Abbrands verringert werden. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, die offene Fläche (At) der Öffnungen) so anzupassen, dass sie im optimalen Verhältnis zu der Oberfläche des azidfreien Treibstoffs steht.
Der azidfreie Treibstoff hat genauso wie der azidhaltige Treibstoff eine je nach Ausgangstemperatur variable Abbrandrate. Diese Temperaturabhängigkeit tritt nahezu gleichermaßen bei beiden Treibstoffarten auf. Jedoch hat der azidfreie Treibstoff eine andere Abbrandleistung, die vom jeweiligen, wiederum von der Ausgangstemperatur abhängigen Umgebungsdruck nach dem Abbrand abhängt. Um diese Schwankungen der Abbrandleistung so weit wie möglich zu verringern, wird vorgeschlagen, den Druck im Gehäuse durch Optimierung des Verhältnisses A/At so konstant wie möglich zu halten.
Bei einem azidfreien Treibstoff können die oben genannten Probleme durch Regelung des Verhältnisses A/At auf einen höheren Wert als für einen azidhaltigen Treibstoff gelöst werden.
Die Filtervorrichtung dient zur Rückhaltung von Verbrennungsrückständen, die beim Abbrand des Treibstoffs entstehen, und zur Kühlung des Abbrandgases. Als Filtervorrichtung mit diesen Merkmalen kann ein herkömmlicher Filter zur Reinigung des entstehenden Gases und/oder ein Kühler zur Kühlung des entstehenden Gases eingesetzt werden, oder ein geschichtetes Metallsiebfilter oder dergleichen, das durch Komprimieren eines Drahtsiebs aus einem geeigneten Material zu einer ringförmigen Schichtstruktur hergestellt ist. Dieses geschichtete Metallsiebfilter kann beispielsweise durch radiales Übereinanderlegen mehrerer Schichten Filet-Maschendrahtsieb und radiales und axiales Komprimieren der Drahtsiebe zu einer Ringform hergestellt sein. Die so hergestellte Filtervorrichtung hat eine komplexe Porenstruktur und bietet einen hervorragenden Filtereffekt. So stellt die Filtervorrichtung eine Filter-/Kühleinheit mit sowohl Kühl- als auch Filterfunktion dar. Insbesondere wird ein Filet-Maschendrahtsieb aus rostfreiem Stahl in eine zylindrische Form gebracht und deren Ende mehrfach umgeschlagen, sodass eine ringförmige Schichtstruktur entsteht. Diese wird anschließend formgepresst, wodurch die Filtervorrichtung ensteht. Gemäß einem weiteren Verfahren kann ein Filet-Maschendrahtsieb oder -blech aus rostfreiem Stahl in eine zylindrische Form gebracht und anschließend zu einer ebenen Form radial verpresst werden. Diese wird zu einem mehrlagigen Zylinder gerollt und anschließend formgepresst, wodurch die Filtervorrichtung ensteht. Der für die Drahtsiebe verwendete rostfreie Stahl kann SUS 304, SUS 310S oder SUS 316 (gemäß Japanischer Industrienorm) sein. Insbesondere SUS 304 (18Cr-8Ni-0,06C), ein austenitischer Edelstahl, zeigt hervorragende Korrosionsbeständigkeit.
Als Material für den Metalldraht der Filter-/Kühlvorrichtung wurde bisher rostfreier Stahl genannt. Dies gilt jedoch nicht ausschließlich; es kann auch Eisen verwendet werden, was hinsichtlich der Kosten etc. von Vorteil ist.
Die Filtervorrichtung kann eine Zweischichtstruktur aufweisen, wobei das geschichtete Metallsiebfilter entweder die innere oder die äußere Schicht darstellt. Die innere Schicht kann dazu dienen, die Filtervorrichtung vor heißen Gasen, die durch den Abbrand des Treibstoffs entstehen, zu schützen. Die äußere Schicht kann dazu dienen, ein Ausdehnen oder Expandieren der Filtervorrichtung aufgrund des Gasdrucks bei Aktivierung des Gasgenerators, und die Schließung eines Freiraums zwischen der Filtervorrichtung und der Gehäusewand zu verhindern.
Wo die Filtervorrichtung mit einem Abstand zu der Gehäuseinnenwand angebracht ist, d. h. wo zwischen der Außenwand der Filtervorrichtung und der Innenwand des Gehäuses ein Abstand besteht, dient der Freiraum als Gasdurchgang. Dadurch kann das Abbrandgas die gesamte Filtervorrichtung durchströmen, sodass die Gase beim Passieren der Filtervorrichtung effektiv gekühlt und gereinigt werden.
Diese Filter-/Kühlvorrichtung hat vorzugsweise eine Rohdichte von 3,0 bis 5,0 g/cm³, und insbesondere vorzugsweise von 3,5 bis 4,5 g/cm³. Der Durchmesser eines geraden Drahts für ein Metallgitter beträgt vorzugsweise 0,3 bis 0,6 mm. Beispielsweise kann ein Drahtgitter aus rostfreiem Stahl eine Filet-Maschenstruktur haben, die aus einem Draht mit einem Durchmesser von 0,3 bis 0,6 mm besteht. In der Filet-Maschenstruktur sind alle Maschen wie Schlaufen in eine Richtung gezogen. Derart strukturierte Drahtgitter werden radial übereinander gelegt und anschließend formgepresst, wodurch eine Filter-/Kühlvorrichtung entsteht. Der Walzdraht muss nicht notwendigerweise aus rostfreiem Stahl sein; um die oben beschriebene Struktur zu erhalten, kann eine Filter-/Kühlvorrichtung auch mit einem Eisendraht hergestellt sein.
Die Filter-/Kühlvorrichtung gemäß vorliegender Erfindung kann dank einer komplexen Struktur, wie oben beschrieben, als Rückhaltefilter für Verbrennungsrückstände bereitgestellt werden. Aus diesem Grund verursacht sie einen gewissen Strömungswiderstand (d. h. Cruckverlust) gegenüber dem Gasstrom. Der Wert des Strömungswiderstands, der anhand der Messung eines von der Filter-/Kühlvorrichtung verursachten Druckverlusts ermittelt wird, wie weiter unten mit Bezug auf 8 beschrieben, liegt vorzugsweise zwischen 98,06 Pa (10 mmH₂O) bis 19612 Pa (2000 mmH₂O), d. h. zwischen 98,06 Pa (1 × 10^–3 kgf/cm²) und 0,0196 MPa (2 × 10^–1 kgf/cm²) bei einem Gasstrom von 1000 I/min und bei einer Umgebungstemperatur von 20°C.
Es wird vorgeschlagen, dass der durch die Filtervorrichtung gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorliegender Erfindung verursachte Druckverlust niedriger sein sollte als der durch die Ausströmöffnungen im Gehäuse verursachte Druckverlust, und keinen Faktor zur Bestimmung des Verhältnisses A/At darstellen sollte. Das heißt, dass die gemäß vorliegender Erfindung richtig eingesetzte Filtervorrichtung nicht dazu dient, einen Gasstrom zu beeinträchtigen und den Verbrennungsdruck zu steuern.
Der Gasgenerator für einen Luftsack gemäß vorliegender Erfindung kann verschiedene Sensorsysteme zur Feststellung eines Aufpralls und Aktivierung der Zündvorrichtung verwenden, vorausgesetzt, dass der Gasgenerator wie oben beschrieben konstruiert ist. Das heißt, dass das Crashsensor- und Zündsystem ein mechanisches System sein kann, in dem die Zündvorrichtung nur durch eine mechanische Vorrichtung aktiviert wird, um bei Feststellung eines Aufpralls durch den Crashsensor Gas zu erzeugen, oder ein elektrisches System sein kann, in dem die Zündvorrichtung in Reaktion auf ein elektrisches Signal aktiviert wird, welches zur Erzeugung von Gas bei Feststellen eines Aufpralls vom Crashsensor übertragen wird.
In dem Gasgenerator mit mechanischer Zündung ist ein mechanischer Sensor zur Feststellung eines Aufpralls nur mittels einer mechanischen Vorrichtung, z. B. ein Sensor, der bei Bewegung eines Gewichtes wiederum die Bewegung eines Schlagbolzens auslöst, im Gehäuse installiert. Das Gehäuse weist eine Vielzahl an Ausströmöffnungen auf und enthält einen Initialzünder, der gezündet und verbrannt wird, wenn der durch den mechanischen Sensor in Bewegung versetzte Schlagbolzen auf den Initialzünder trifft, weiterhin eine Zündvorrichtung mit einer Verstärkerladung, die durch die Flamme des Initialzünders gezündet und verbrannt wird, einen Treibstoff, der wiederum durch die Flamme der Verstärkerladung gezündet und zur Erzeugung von Gas verbrannt wird, und eine Filtervorrichtung zur Kühlung und Reinigung des erzeugten Gases. In dem Gasgenerator mit elektrischer Zündung hingegen enthält das mit Ausströmöffnungen versehene Gehäuse eine Zündvorrichtung mit einem Zünder, der in Reaktion auf ein elektrisches Signal aktiviert wird, welches bei Feststellen eines Aufpralls von einem Crashsensor übertragen wird, weiterhin eine Verstärkerladung, die bei Aktivierung des Zünders gezündet und verbrannt wird, einen Treibstoff, der zur Erzeugung von Gas durch die Flamme der Verstärkerladung gezündet und verbrannt wird, und eine Filtervorrichtung zur Kühlung und Reinigung des erzeugten Gases. Der Gasgenerator mit mechanischer oder elektrischer Zündung kann eine andere geeignete Struktur aufweisen als die oben beschriebene, die hinsichtlich der Betriebsparameter vorteilhaft ist.
Der Gasgenerator gemäß vorliegender Erfindung kann andere als die oben angeführten Elemente enthalten, vorausgesetzt, dass das Verhältnis (A/At) der Gesamtoberfläche A der im Gehäuse befindlichen Festtreibstoffteile zur offenen Gesamtfläche At der Ausströmöffnungen wie oben beschrieben festgelegt ist. Beispielsweise kann im Gasgenerator ein durchlässiges zylinderförmiges Blech enthalten sein, das einen zusätzlichen Außenmantel der Filtervorrichtung darstellt, um deren Verformung vorzubeugen, sowie eine Vorrichtung (Bleche etc.) zur Verhinderung von Kurzschlussströmungen, die das obere und/oder untere Ende des Innenmantels der Filtervorrichtung umschließen, um die Ausbildung von Kurzschlussströmungen des Abbrandgases durch einen Spalt zwischen der Filtervorrichtung und der Innenwand des Gehäuses zu verhindern. Im Gasgenerator enthalten kann außerdem eine perforierte Hülle in zylindrischer Form und mit vielen Löchern sein, die den Innenmantel der Filtervorrichtung umschließt, um einen direkten Kontakt zwischen dem Treibstoff und der Filtervorrichtung zu verhindern.
Der Gasgenerator für einen Luftsack wie oben beschrieben, und der Luftsack, der von dem im Gasgenerator erzeugten Gas aufgeblasen wird, sind in einem Luftsack-Modul untergebracht, welches ein Luftsacksystem darstellt. Dieses Luftsacksystem umfasst weiterhin einen Crashsensor zur Feststellung eines Aufpralls und Aktivierung des Gasgenerators. Wenn es sich um einen Gasgenerator mit mechanischer Zündung handelt, besteht der Crashsensor aus einem mechanischen Sensor und ist zusammen mit der Zündvorrichtung im Gehäuse untergebracht. Wenn es sich hingegen um einen Gasgenerator mit elektrischer Zündung handelt, kann der Crashsensor z. B. aus einem Halbleiter-Beschleunigungssensor bestehen, der sich außerhalb einer Konsole befindet. In diesem Halbleiter-Beschleunigungssensor liegen vier Halbleiter-Dehnungsmesser an einem Biegebalken aus Siliziumsubstrat, der bei Beschleunigung so ausgelenkt wird, dass die Dehnungsmesser sich berühren und eine brückenförmige Verbindung darstellen. Bei Beschleunigung wird der Biegebalken ausgelenkt und treten Dehnungen auf der Oberfläche des Biegebalkens auf. Der Widerstand der Halbleiter-Dehnungsmesser ändert sich aufgrund der Dehnungen. Die Änderungen des Widerstands werden als Spannungssignale ermittelt, die proportional zu der jeweiligen Beschleunigung sind. Insbesondere bei einem Gasgenerator mit elektrischer Zündung kann das Luftsacksystem außerdem eine Steuereinheit umfassen, die außerhalb des Luftsack-Moduls liegt. Diese Steuereinheit enthält einen Auswertungs-Schaltkreis, der Signale von dem Halbleiter-Beschleunigungssensor erhält. Sobald das vom Crashsensor erzeugte Signal eines Aufpralls einen bestimmten Wert überschreitet, beginnt die Steuereinheit zu rechnen und sendet, wenn das Rechenergebnis einen bestimmten Wert überschreitet, ein Aktivierungssignal an den Gasgenerator.
In diesem Luftsacksystem wird der Gasgenerator in Verbindung mit der Feststellung eines Aufpralls durch den Crashsensor aktiviert, sodass das Abbrandgas durch die Ausströmöffnungen in den Luftsack strömt und den Luftsack aufbläst, wobei die Modul-Abdeckung bricht, sodass der aufgeblasene Luftsack zwischen einer harten Oberfläche im Fahrzeug und einem Insassen ein Polster darstellt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Querschnitt eines Gasgenerators gemäß eines Ausführungsbeispiels vorliegender Erfindung;
2 zeigt einen Querschnitt eines Gasgenerators gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels vorliegender Erfindung;
3 zeigt einen Querschnitt einer Hälfte eines Gasgenerators gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels vorliegender Erfindung;
4 zeigt einen Querschnitt einer Hälfte eines Gasgenerators gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels vorliegender Erfindung;
5 zeigt einen Querschnitt eines Gasgenerators gemäß vorliegender Erfindung, der für ein Luftsacksystem für die Beifahrerseite geeignet ist;
6 zeigt den Aufbau eines Luftsacksystems gemäß vorliegender Erfindung; und
7 ist ein Kurvenblatt, das die Ergebnisse der Behälterdruckprüfungen zeigt.
8 ist eine schematische Darstellung eines Messgerätes für den Druckverlust der Filter-/Kühlvorrichtung.
9 ist eine schematische Darstellung eines Messgerätes für den Strömungswiderstand (Druckverlust) der Ausströmöffnungen.
Erklärung der Bezugsnummern

1: Diffusormantel
2: Abschlussmantel
3: Gehäuse
4: Zünder
6: Treibstoff
7: Filter-/Kühlvorrichtung
11: Ausströmöffnung

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 und 2 zeigen Gasgeneratoren für Luftsäcke für die Fahrerseite. 1 zeigt einen Querschnitt eines Gasgenerators für einen Luftsack gemäß vorliegender Erfindung.
Der Gasgenerator gemäß vorliegender Erfindung umfasst ein Gehäuse 3 mit einem Diffusormantel 1 und einem Abschlussmantel 2, einer Zündvorrichtung, d. h. einem Zünder 4 und einer Verstärkerladung 5, die sich in einer Zündkammer im Gehäuse 3 befindet, einen Treibstoff 6, der von der Zündvorrichtung gezündet wird, um Abbrandgas zu erzeugen, sowie eine Filtervorrichtung, d. h. eine Filter-Kühlvorrichtung 7, die einen Brennraum 28 zur Lagerung des Treibstoffs 6 begrenzt.
Der Diffusormantel 1 wird aus einem rostfreien Stahlblech formgepresst und umfasst einen kreisrunden Abschnitt 12, einen ringförmigen Abschnitt 10 entlang des äußeren Rands des kreisrunden Abschnitts 12, und einen Flansch 19, der am unteren Ende des ringförmigen Abschnitts 10 radial nach außen ragt. In vorliegendem Ausführungsbeispiel weist der ringförmige Abschnitt 10 sechzehn Ausströmöffnungen 11 mit einem Durch messer von jeweils 3 mm auf (offene Gesamtfläche At der Ausströmöffnungen = 113 mm²), wobei diese Ausströmöffnungen 11 in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind. Dieser Diffusormantel 1 umfasst einen geneigten Abschnitt 49, der in der Mitte des kreisrunden Abschnitts 12 in einen erhöhten kreisrunden Abschnitt 13 übergeht. Dieser geneigte Abschnitt 49 dient zur Erhöhung der Steifigkeit des Gehäuses und insbesondere des kreisrunden Abschnitts 12 des Diffusormantels, der die Gehäusedecke darstellt, sowie zur Vergrößerung des Rauminhalts des Gehäuses. Ein Behälter 53 für die Verstärkerladung 5 befindet sich zwischen dem erhöhten kreisförmigen Abschnitt 13 und dem Zünder 4.
Der Abschlussmantel 2 wird aus einem rostfreien Stahlblech formgepresst und umfasst einen kreisrunden Abschnitt 30 mit einer zentralen Öffnung 15 in der Mitte des kreisrunden Abschnitts 30, einen ringförmigen Abschnitt 47 entlang des äußeren Rands des kreisrunden Abschnitts 30, und einen Flansch 20, der am unteren Ende des ringförmigen Abschnitts 47 radial nach außen ragt. Die zentrale Öffnung 15 wird durch einen in Bezug auf den kreisrunden Abschnitt 30 in axialer Richtung abgewinkelten Abschnitt 14 begrenzt. Dieser abgewinkelte Abschnitt 14 dient zur Erhöhung der Steifigkeit des Rands der zentralen Öffnung 15 und bietet eine relativ große Oberfläche zur Befestigung eines zentralen Zylinders 16. Der zentrale Zylinder 16 wird so in die zentrale Öffnung 15 eingefügt, dass eines der gegenüber liegenden Enden 17 des zentralen Zylinders 16 in gleicher Höhe mit dem unteren Ende 18 des abgewinkelten Abschnitts 14 bündig abschließt.
Diffusormantel 1 und Abschlussmantel 2 werden in einem axial mittigen Bereich des Gehäuses 3 durch Übereinanderlegen des Flanschs 19 des Diffusormantels 1 und des Flanschs 20 des Abschlussmantels 2 und mittels Laserschweißung 21 miteinander verbunden. Die Flansche 19, 20 dienen zur Erhöhung der Steifigkeit des Gehäuses 3 und insbesondere seiner Umfangswandung 8, wodurch eine Verformung des Gehäuses durch den Druck des erzeugten Gases verhindert wird.
Der zentrale Zylinder 16 besteht aus einem rostfreien Stahlrohr, das an beiden Enden offen ist und an einem Ende durch Elektronenstrahlschweißung 22 mit dem erhöhten kreisrunden Abschnitt 13 des Diffusormantels 1 verbunden ist. In dem zentralen Zylinder 16 befindet sich eine Zündkammer 23, in der sich wiederum der Zünder 4 und der Be hälter 53 für die Verstärkerladung befindet. Der Zünder 4 wird in Reaktion auf ein von einem Sensor (nicht abgebildet) ausgegebenes Signal aktiviert, und die im Behälter 53 befindliche Verstärkerladung 5 wird durch den Zünder 4 gezündet. Der zentrale Zylinder 16 hat einen Halterung 24 für den Zünder 4. Diese Halterung 24 besteht aus einem nach innen gebogenen Flansch 25 zur Begrenzung einer axialen Bewegung des Zünders 4, einem zylindrischen Abschnitt 26, in den der Zünder 4 eingefügt ist und der an der Innenwand des zentralen Zylinders 16 befestigt ist, und einem gesickten Abschnitt 27, der zusammen mit dem nach innen gebogenen Flansch 25 zur axialen Fixierung des Zünders 4 dient. Der zentrale Zylinder 16 hat außerdem durchgehende Öffnungen 54 in dem der Halterung 24 gegenüber liegenden Abschnitt. In diesem Ausführungsbeispiel weist der zentrale Zylinder 16 sechs in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnete durchgehende Öffnungen 54 mit einem Durchmesser von jeweils 2,5 mm auf.
Der zentrale Zylinder 16 wird durch Rollen eines rostfreien Stahlblechs zu einen Rohr hergestellt. Bei einem Gasgenerator mit elektrischer Zündung wird der zentrale Zylinder 16 durch Rollen eines rostfreien Stahlblechs mit einer Dicke von 1,2 bis 3,0 mm und Zusammenschweißen der Kanten hergestellt, sodass ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 17 bis 22 mm entsteht. Bei einem Gasgenerator mit mechanischer Zündung wird der zentrale Zylinder 16 durch Rollen eines rostfreien Stahlblechs mit einer Dicke von 1,5 bis 7,0 mm und Zusammenschweißen der Kanten hergestellt, sodass ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 19 bis 30 mm entsteht. Ein solches geschweißtes Rohr kann durch ein „UO-Verfahren" hergestellt werden (d. h. ein Blech wird zunächst zu einem „U" und anschließend zu einem „O" geformt und die Kanten verschweißt), oder durch Widerstandsschweißung (d. h. ein Blech wird in eine zylindrische Form gebracht und die Kanten durch Widerstandserhitzung mittels eines starken Stroms pressgeschweißt).
Die Filter-/Kühlvorrichtung 7 ist so angeordnet, dass sie den Treibstoff 6 umgibt und eine um den zentralen Zylinder 16 liegende ringförmige Kammer, den Brennraum 28, begrenzt. Diese Filter-/Kühlvorrichtung 7 wird durch radiales Übereinanderlegen mehrerer Schichten Filet-Maschendrahtsieb aus rostfreiem Stahl und radiales und axiales Komprimieren der Drahtsiebe hergestellt. In dieser Filter-/Kühlvorrichtung 7 besteht jede Schicht aus einem durch Quetschen oder Pressen verformten Maschengitter, und sind diese Schichten in radialer Richtung übereinander gelegt. Dadurch hat die Filter-/Kühlvorrichtung 7 eine komplizierte Porenstruktur und weist einen hervorragenden Filtereffekt auf. Ein geschichtetes Drahtgitter stellt die Außenschicht 29 der Filter-/Kühlvorrichtung 7 dar und dient dazu, ein Ausdehnen oder Expandieren der Filtervorrichtung 7 in einen Freiraum 9 aufgrund des Gasdrucks bei Aktivierung des Gasgenerators, und damit die Schließung des Freiraums 9, zu verhindern. Diese Außenschicht 29 hat außerdem eine Kühlfunktion. Die Außenschicht 29 umfasst z. B. einen durchlässigen Zylinder und eine bandförmige Schicht, den sogenannten Dehnungshemmer. Die Filter-/Kühlvorrichtung 7 begrenzt den Brennraum 28 und dient zur Kühlung des im Brennraum 28 erzeugten Abbrandgases und gleichzeitigen Rückhaltung von Verbrennungsrückständen.
Der Abschlussmantel 2 umfasst einen geneigten Abschnitt 31, der den kreisrunden Abschnitt 30 in Umfangsrichtung nach außen abgrenzt. Dieser geneigte Abschnitt 31 dient zur Verhinderung einer radialen Bewegung der Filter-/Kühlvorrichtung 7 und zur Bildung des Freiraums zwischen der Umfangswandung 8 und der Filter-/Kühlvorrichtung 7.
Im Brennraum 28 befindet sich eine große Anzahl Feststoffteile des Treibstoffes 6. Jedes dieser Festtreibstoffteile hat eine hohle, zylindrische Form, was insofern vorteilhaft ist, als dadurch die Verbrennung an den äußeren und inneren Oberflächen zugleich stattfindet und sich die Gesamtoberfläche des Treibstoffs 6 während des Abbrands nicht wesentlich ändert. In diesem Ausführungsbeispiel enthält der Treibstoff 25 bis 60 Gew.-% Nitroguanidin, 40 bis 65 Gew.-% Strontiumnitrat und 1 bis 20 Gew.-% säureaktivierten Ton, und hat eine hohle, zylindrische Form mit einem Außendurchmesser von 2,4 mm, einem Innendurchmesser von 0,8 mm und einer Länge von 2 mm. Der Brennraum 28 im Gehäuse enthält 37 g Treibstoff (mit einer linearen Abbrandgeschwindigkeit von 11 mm/s bei einem Druck von 6,86 MPa (70 kgf/cm²), und mit einer Gesamtoberfläche der Treibstoffteile von A = 56804 mm²).
Am oberen und unteren Ende der Filter-/Kühlvorrichtung 7 befinden sich-Platten 32 bzw. 33. Die Platte 32 besteht aus einem kreisrunden Abschnitt 36, der eine Öffnung 40 am oberen Ende der Filter-/Kühlvorrichtung 7 verschließt, und einem ringförmigen Abschnitt 34, der an einer Innenwandung 41 der Filter-/Kühlvorrichtung 7 angrenzt, wobei die Abschnitte 34 und 36 zusammenhängend ausgebildet sind. In dem kreisrunden Abschnitt 36 befindet sich eine zentrale Öffnung 35, an der die Außenwandung des zentralen Zy lindens 16 anliegt. Der ringförmige Abschnitt 34 liegt gegenüber den durchgehenden Öffnungen 54, durch die eine Flamme aus der Zündvorrichtung austritt, und bedeckt die Innenwandung 41 der Filter-/Kühlvorrichtung 7 dort, wo sie den durchgehenden Öffnungen 54 gegenüber liegt. Der ringförmige Abschnitt 34 schützt die Filter-/Kühlvorrichtung 7 vor Beschädigung durch die in Richtung der Filter-/Kühlvorrichtung 7 schlagende Flamme und dient zur Ablenkung der Flamme, sodass die Flamme ausreichend durch den Treibstoff 6 zirkuliert. Die Platte 32 ist an dem zentralen Zylinder 16 befestigt, wodurch eine radiale Bewegung der Platte 32 gehemmt wird, sodass die Platte 32 während der Montage des Gasgenerators zur Positionierung der Filter-/Kühlvorrichtung 7 dient. Die Platte 32 dient außerdem dazu, die Ausbildung von Kurzschlussströmungen des Abbrandgases durch einen Spalt zwischen einer Innenwandung 37 des Gehäuses und einem Ende 38 der Filter-/Kühlvorrichtung 7 zu verhindern, wobei ein solcher Spalt aufgrund des bei Aktivierung des Gasgenerators entstehenden Gasdrucks entstehen kann.
Die Platte 33 besteht aus einem kreisrunden Abschnitt 50, der eine Öffnung 42 am unteren Ende der Filter-/Kühlvorrichtung 7 verschließt, und einem ringförmigen Abschnitt 51, der an einer Innenwandung 41 der Filter-/Kühlvorrichtung 7 angrenzt, wobei die Abschnitte 50 und 51 zusammenhängend ausgebildet sind. In dem kreisrunden Abschnitt 50 befindet sich eine zentrale Öffnung 39, an der die Außenwandung des zentralen Zylinders 16 anliegt. Um deren Bewegung zu verhindern, liegen die Feststoffteile des Treibstoffs 6 an dem kreisrunden Abschnitt 50 an. Die Platte 33 wird durch elastische Kräfte zwischen dem zentralen Zylinder 16 und der Filter-/Kühlvorrichtung 7 gehalten und verhindert eine Gasströmung entlang einem Ende 43 der Filter-/Kühlvorrichtung 7, die dem Ende 38 gegenüber liegt. Die Platte 33 dient außerdem als Schweißschutzschild während des Schweißens.
Zwischen der Umfangswandung 8 des Gehäuses und der Außenschicht 29 der Filter-/Kühlvorrichtung 7 besteht ein Freiraum 9. Durch den Freiraum 9 entsteht in einer radialen Querschnittsansicht ein die Filter-/Kühlvorrichtung 7 umgebender, ringförmiger Gasdurchgang. Die Fläche St des Gasdurchgangs in der radialen Querschnittsansicht ist größer als die Summe At der offenen Flächen S der Ausströmöffnungen 11 in dem Diffusormantel. Dadurch, dass um die Filter-/Kühlvorrichtung 7 herum ein Gasdurchgang besteht, passiert das Abbrandgas die gesamte Filter-/Kühlvorrichtung 7, um in Richtung Gasdurchgang zu strömen, sodass die Filter-/Kühlvorrichtung 7 effizient genutzt und das Abbrandgas effizient gekühlt und gereinigt wird. Das durch die Filter-/Kühlvorrichtung 7 gekühlte und gereinigte Abbrandgas durchströmt wie beschrieben den Gasdurchgang, um zu den Ausströmöffnungen 11 des Diffusormantels 1 zu gelangen.
An dem Diffusormantel 1 ist ein Aluminiumband 52 befestigt, welches die Ausströmöffnungen 11 verschließt, um ein Eindringen von Feuchtigkeit von außen in das Gehäuse 3 zu verhindern.
In dem Gasgenerator gemäß diesem Ausführungsbeispiel beträgt das Verhältnis (A/At) von A zu At 502, wobei A (56804 mm²) die Summe der Oberflächen, d. h. die Gesamtoberfläche, der Feststoffteile des Treibstoffs 6 ist, und wobei At (113 mm²) die offene Gesamtfläche der Ausströmöffnungen 11 in dem Diffusormantel 1 ist. Das Verhältnis A/At ist im Allgemeinen auf einen Bereich von 450 bis 1000 festgelegt. Bei einem so geregelten Verhältnis A/At ist die Abbrandgeschwindigkeit so hoch, dass sie für einen Fahrer-Luftsack geeignet ist, und kann der im Gasgenerator befindliche Treibstoff innerhalb einer erwünschten Zeitdauer vollständig verbrennen. Außerdem ist der beschriebene Gasgenerator weniger beeinflussbar durch Schwankungen der Umgebungstemperatur, was stabile Betriebsparameter gewährleistet.
Bei der Montage des Gasgenerators gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Diffusormantel 1, an dem der zentrale Zylinder 16 befestigt ist, mit der oberen Seite nach unten gedreht, sodass der erhöhte kreisrunde Abschnitt 13 zum Boden zeigt. Die Platte 32 wird an den zentralen Zylinder 16 angefügt. Dann wird die Filter-/Kühlvorrichtung 7 an die Außenseite des ringförmigen Abschnitts der Platte 32 eingesetzt, wobei die Filter-/Kühlvorrichtung 7 durch die Platte 32 positioniert wird. Der von der Filter-/Kühlvorrichtung 7 umgebene Freiraum wird mit Feststoffteilen des Treibstoffs 6 gefüllt und durch die Platte 33 abgedeckt. Anschließend wird der Abschlussmantel 2 auf die Platte 33 gesetzt, indem der zentrale Zylinder 16 durch die zentrale Öffnung 15 des Abschlussmantels 2 geführt wird und der Flansch 20 des Abschlussmantels 2 auf den Flansch 19 des Diffusormantels 1 aufgesetzt wird. Dann werden der Diffusormantel 1 und der Abschlussmantel 2 durch Laserschweißung 21 miteinander verbunden, und wird der Abschlussmantel 2 mit dem zentralen Zylinder 16 durch Laserschweißung 44 verbunden. Zuletzt werden der Behälter 53 für die Verstärkerladung und der Zünder 4 in den zentralen Zylinder 16 eingefügt und wird an einer Halterung für den Zünder durch Sicken ein gesickter Abschnitt 27 gebildet, der zur Fixierung des Behälters 53 für die Verstärkerladung und des Zünders 4 dient.
In dem wie beschrieben konstruierten Gasgenerator wird bei Feststellen eines Aufpralls durch einen Sensor (nicht abgebildet) ein Signal vom Sensor an den Zünder 4 übertragen, der daraufhin aktiviert wird, um die Verstärkerladung 5 in dem Behälter 53 zu zünden, wodurch eine Hochtemperaturflamme entsteht. Diese Flamme schlägt durch die durchgehenden Öffnungen 54, um den Treibstoff 6 zu zünden, der nahe der durchgehenden Öffnungen 54 liegt, und wird dann nach unten geleitet, um den Treibstoff 6 zu zünden, der sich im unteren Bereich des Brennraums befindet. Daraufhin verbrennt der Treibstoff 6 unter Entstehung eines Hochtemperatur- und Hochdruckgases. Das so erzeugte Abbrandgas strömt durch die gesamte Filter-/Kühlvorrichtung 7, in der das Gas effizient gekühlt wird und die Verbrennungsrückstände beim Passieren des Gases ausgefiltert werden. Das so gekühlte und gereinigte Abbrandgas passiert den Gasdurchgang (Freiraum 9) und zerreißt das Aluminiumband 52, um durch die Ausströmöftnungen 11 in einen Luftsack (nicht abgebildet) zu strömen. Dadurch wird der Luftsack aufgeblasen und bildet ein Polster zwischen einem Insassen und einer harten Oberfläche, sodass der Insasse vor einem Aufprall geschützt wird.
2 zeigt einen Querschnitt eines Gasgenerators für einen Luftsack gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung. Dieser Gasgenerator umfasst ein Gehäuse 63, das aus einem Diffusormantel 61 und einem Abschlussmantel 62 besteht, einen Zünder 64 im Innenraum des Gehäuses 63, einen Treibstoff 66, der zur Erzeugung von Abbrandgas durch den Zünder 64 gezündet wird, und eine Filter-/Kühlvorrichtung 67, die einen Brennraum 84 zur Lagerung des Treibstoffs 66 begrenzt.
Der Diffusormantel 61 wird aus einem rostfreien Stahlblech formgepresst und umfasst einen kreisrunden Abschnitt 78, einen ringförmigen Abschnitt 76 entlang des äußeren Rands des kreisrunden Abschnitts 78, und einen Flansch 86, der am unteren Ende des ringförmigen Abschnitts 76 radial nach außen ragt. Der ringförmige Abschnitt 76 weist eine Vielzahl an Ausströmöftnungen 77 auf, die in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet sind. Der kreisrunde Abschnitt 78 des Diffusormantels 61 weist in radialer Richtung eine Vielzahl an rippenförmigen Verstärkungen 79 auf. Diese rippenförmigen Verstärkungen 79 dienen zur Erhöhung der Steifigkeit des Gehäuses und insbesondere des kreisrunden Abschnitts 78 des Diffusormantels, der die Gehäusedecke darstellt, wodurch eine Verformung des Gehäuses aufgrund des Gasdrucks verhindert wird.
Der Abschlussmantel 62 wird aus einem rostfreien Stahlblech formgepresst und umfasst einen kreisrunden Abschnitt 71, einen ringförmigen Abschnitt 72 entlang des äußeren Rands des kreisrunden Abschnitts 71, und einen Flansch 87, der am unteren Ende des ringförmigen Abschnitts 72 radial nach außen ragt. Der kreisrunde Abschnitt 71 weist in der Mitte einen zurückgesetzten Abschnitt 73 mit einem Stufenabschnitt 48 auf, sowie eine zentrale Öffnung 74 in der Mitte des zurückgesetzten Abschnitts 73. Die zentrale Öffnung 74 wird durch einen axial nach innen abgewinkelten Abschnitt 75 in der Innenwand des Abschlussmantels 62 begrenzt. Der abgewinkelte Abschnitt 75 hat eine Innenwandung 81, in die ein Zylinder 80 des Zünders eingesetzt ist, und ein Ende 83, in das ein Montageabschnitt 82 des Zünders eingreift. Die Innenwandung 81 des axial abgewinkelten Abschnitts 75 bietet eine relativ große Fläche zur Abdichtung des Gehäuses. Um die Luftdichtheit des Gehäuses zu sicherzustellen, kann eine Schnittstelle zwischen dem Zylinder 80 des Zünders und der Innenwandung 81 des axial abgewinkelten Abschnitts 75 mit einem Dichtungsmaterial geschlossen werden, oder der Montageabschnitt 82 des Zünders mit dem Ende 83 des abgewinkelten Abschnitts 75 verschweißt werden. Durch das Ineinandergreifen des Montageabschnitts 82 des Zünders und des Endes 83 wird ein Herausziehen des Zünders 64 aus dem Gehäuse aufgrund des Gasdrucks im Brennraum 84 verhindert. Der Stufenabschnitt 48 des Abschlussmantels 62 erhöht die Steifigkeit des Gehäuses und insbesondere des kreisrunden Abschnitts 71, der den Gehäuseboden darstellt. Durch den wie oben beschrieben zurückgesetzten Abschnitt 73 ist ein Anschlussboden 85 des Zünders in Bezug auf den kreisrunden Abschnitt 71 ebenfalls zurückgesetzt positioniert. Der abgewinkelte Abschnitt 75 dient zur Erhöhung der Steifigkeit des Randes der zentralen Öffnung 74.
Das Gehäuse 63 wird in einem axial mittigen Bereich des Gehäuses 63 durch Übereinanderlegen des Flanschs 86 des Diffusormantels 61 und des Flanschs 87 des Abschlussmantels 62 und durch Verbinden des Diffusormantels 61 und des Abschlussmantels 62 durch eine Laserschweißung 88 gebildet. Die Flansche dienen zur Erhöhung der Steifigkeit der Umfangswandung 68 des Gehäuses, wodurch eine Verformung des Gehäuses aufgrund des entstehenden Gasdrucks verhindert wird.
Die Zündvorrichtung umfasst einen herkömmlichen elektrischen Zünder, der so angepasst ist, dass er in Reaktion auf ein Signal von einem Sensor (nicht abgebildet) aktiviert wird. Der elektrische Zünder wird gegenüber einem mechanischen Zünder bevorzugt, da er eine vereinfachte Struktur ohne mechanische Vorrichtungen, sowie eine geringe Größe und ein geringes Gewicht aufweist. Dieses Ausführungsbeispiel umfasst den Zünder 64 (mit einer Leistung von 300 bis 1500 psi in einem geschlossenen Druckbehälter mit 10 ccm Fassungsvermögen), jedoch keinen Behälter 53 für die Verstärkerladung wie z. B. in 1 dargestellt, da der Treibstoff gute Zünd- und Abbrandeigenschaften aufweist. Der Treibstoff liegt in hohlen, zylindrischen Teilen vor, was insofern vorteilhaft ist, als dadurch die Verbrennung an den äußeren und inneren Oberflächen zugleich stattfindet und sich die Gesamtoberfläche des Treibstoffs 66 während des Abbrands nicht wesentlich ändert.
Die Filter-/Kühlvorrichtung 67 ist konzentrisch zur zentralen Öffnung 74 angeordnet und bildet zusammen mit dem Gehäuse 63 die Begrenzung des Brennraums 84. Die Filter-/Kühlvorrichtung 67 ist durch radiales Übereinanderlegen mehrerer Schichten Filet-Maschendrahtsieb aus rostfreiem Stahl und radiales und axiales Komprimieren der Drahtsiebe hergestellt. Die den Brennraum 84 umgebende Filter-/Kühlvorrichtung 67 dient zur Kühlung des im Brennraum 84 entstehenden Abbrandgases und zur Rückhaltung von Verbrennungsrückständen. Ein geschichtetes Drahtgitter stellt die Außenschicht 89 der Filter-/Kühlvorrichtung 67 dar und dient zur Verstärkung der Filter-/Kühlvorrichtung 67 und zur Kühlung des Abbrandgases.
Das Verfahren zur Messung eines Druckverlusts der Filter-/Kühlvorrichtung wird im Folgenden beschrieben.
8 ist eine schematische Darstellung eines Messgerätes für den Druckverlust der Filter-/Kühlvorrichtung. Dieses Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Druckverlustes der Filter-/Kühlvorrichtung 300 aus rostfreiem Stahldraht, der zu einem Zylinder aufgerollt ist. Aus dem Innenraum einer geprüften Filter-/Kühlvorrichtung 300 wird eine bestimmte Menge Luft geblasen. Wie in 8 gezeigt, hat die Filter-/Kühlvorrichtung an einem Ende eine Stützplatte 303 mit einer Luftlanze und an dem anderen Ende eine weitere Stützplatte 303, sodass ein Austreten von Luft verhin dert wird, sowie ein Manometer 304. Folglich wird die Luft durch die Luftlanze 302, die an einer Stützplatte 303 an einem Ende der Filter-/Kühlvorrichtung 300 befestigt ist, eingeblasen und muss durch die zylindrische Wand der Filter-/Kühlvorrichtung 300 nach außen strömen. Dabei sollte die Luftlanze 302, durch die eine bestimmte Menge Luft strömt, einen ausreichend großen Durchmesser und eine glatte Innenwandung haben, um ein genaues Messergebnis zu erzielen. Die Bezugsnummer 305 steht für einen Durchflussmesser für die Zufuhr einer konstanten Luftmenge in die Filter-/Kühlvorrichtung. An den Kontaktflächen zwischen den Stützplatten und den Enden der Filter-/Kühlvorrichtung wird eine Abdichtungsvorrichtung wie z. B. ein Dichtungsmaterial eingesetzt, sodass die Filter-/Kühlvorrichtung fest zwischen die Stützplatten eingefügt werden kann und zwischen den Kontaktflächen keine Luft austreten kann. Wenn unter diesen Voraussetzungen eine bestimmte Luftmenge zugeführt wird, tritt ein Teil der Luft durch die zylindrische Wand der Filter-/Kühlvorrichtung 300 aus, was mit einem verringerten Druck einhergeht. Dieser dient zur Bestimmung eines Strömungswiderstands der Filter-/Kühlvorrichtung, d. h. der vom Manometer angezeigte Wert entspricht einem Druckverlust der Filter-/Kühlvorrichtung 300.
Es werden die Werte eines Strömungswiderstands einer Filter-/Kühlvorrichtung bei einem Gasstrom von 1000 I/min gezeigt, deren Außendurchmesser 60 mm, deren Innendurchmesser 47 mm und deren Höhe 29,5 mm beträgt, und die aus rostfreiem Stahldraht mit einem Durchmesser von 0,5 mm besteht. Wenn Form und Drahtdurchmesser konstant sind, hängt der Strömungswiderstand der Filter-/Kühlvorrichtung von ihrer Rohdichte (Gewicht/Volumen) ab. Beispielsweise ergibt eine Rohdichte von 3 g/cm³ einen Strömungswiderstand von 686,42 Pa (70 mmH₂O bzw. 0,07 kgf/cm²), eine Rohdichte von 4 g/cm³ ergibt einen Strömungswiderstand von 2941,8 Pa (300 mmH₂O bzw. 0,030 kgf/cm²) und eine Rohdichte von 5 g/cm³ ergibt einen Strömungswiderstand von 7844,8 Pa (800 mmH₂O bzw. 0,080 kgf/cm²). Es ist festzustellen, dass der Strömungswiderstand der Filter-/Kühlvorrichtung mit der Dichte positiv korreliert ist.
Weiterhin ist es möglich, einen Strömungswiderstand der Ausströmöffnungen oder Drosselvorrichtungen zu messen. Ein Messgerät für den Strömungswiderstand der Ausströmöffnungen ist in 9 dargestellt. Dieses Messgerät funktioniert im Prinzip genauso wie bei das Messgerät für einen Druckverlust der Filter-/Kühlvorrichtung wie in 8 gezeigt. Das heißt, wie in 9 gezeigt, ist ein Manometer 304 an dem Diffusor mantel 307 mit Ausströmöffnungen befestigt, was in 8 der oberen Stützplatte mit einem Manometer 304 oberhalb des oberen Endes der Filter-/Kühlvorrichtung entspricht. Für eine genaue Messung eines Strömungswiderstandes der Ausströmöffnungen ist es wichtig, sicherzustellen, dass die durch die Luftlanze 302 in den Diffusormantel 307 geblasene Luft an keiner anderen Stelle als den Ausströmöffnungen entweicht. Deshalb liegt zwischen dem Diffusormantel 307 und der Stützplatte 303, die aufeinander gepresst werden, zusätzlich eine O-Ring-Dichtung 306. Wie in 9 gezeigt, wird der Diffusormantel 307 auf die Stützplatte 303 gepresst und an Luftsackmodul-Befestigungslöchern im Flansch des Diffusormantels 307 verschraubt. Die O-Ring-Dichtung verhindert ein Austreten von Luft zwischen dem Flansch des Diffusormantels 307 und der Stützplatte 303. Für eine genaue Messung des Druckverlusts hat die Luftlanze 302 einen für die durchströmende Luftmenge ausreichend großen Durchmesser und eine glatte Innenwandung. Unter diesen Voraussetzungen tritt, wenn eine bestimmte Luftmenge durch eine Luftlanze 302 in den Diffusormantel eingeblasen wird, ein Teil der Luft durch die Ausströmöffnungen 301 aus and kann ein Druckabfall festgestellt werden. Anhand des vom Manometer angezeigten Wertes (Druckverlust) wird schließlich ein Strömungswiderstand der Ausströmöffnungen ermittelt. Wenn der so ermittelte Strömungswiderstand der Ausströmöffnungen in ausreichendem Maß höher ist als der Strömungswiderstand der Filter-/Kühlvorrichtung, kann das Verhältnis A/At exakt definiert und festgelegt werden. Bei einer offenen (Gesamtfläche der Ausströmöffnungen von 50 mm² beträgt der Strömungswiderstand der Ausströmöffnungen 117,67 kPa (12000 mmH₂O bzw. 1,2 kgf/cm²). Bei 100 mm² liegt er bei 24515 Pa (2500 mmH₂O bzw. 0,25 kgf/cm²) und bei 200 mm² liegt er bei 9806 Pa (1000 mmH₂O bzw. 0,1 kgf/cm²). Das heißt, dass der Strömungswiderstand der Ausströmöffnungen mit der offenen Gesamtfläche der Ausströmöffnungen positiv korreliert ist.
In einem Ausführungsbeispiel gemäß vorlieger der Erfindung wurde festgestellt, dass Ausströmöffnungen mit einer offenen Gesamtfläche von 91 mm² einen Strömungswiderstand von 39,224 kPa (4000 mmH₂O bzw. 0,4 kgf/cm²) haben, und eine Filter-/Kühlvorrichtung mit einer Dichte von 4 g/cm³ einen Strömungswiderstand von 2941,8 Pa (300 mmH₂O bzw. 0,030 kgf/cm² hat.
Der formgepresste Abschlussmantel 62 umfasst einen geneigten Abschnitt 90 entlang des äußeren Rands des kreisrunden Abschnitts 71. Dieser geneigte Abschnitt 90 dient zur Positionierung der Filter-/Kühlvorrichtung 67 und Verhinderung einer radialen Bewegung der Filter-/Kühlvorrichtung 67, und dient außerdem zur Bildung eines Freiraums 69 zwischen der Umfangswandung 68 des Gehäuses 63 und der Außenschicht 89 der Filter-/Kühlvorrichtung.
Im Brennraum 84 befindet sich eine große Anzahl Feststoffteile des Treibstoffs 66, die alle eine hohle, zylindrische Form haben. Die Treibstoffteile werden direkt in den Brennraum 84 zugeführt, wo sie nahe des Zünders 64 lagern. Die Bewegung der Treibstoffteile ist eingeschränkt durch einen kreisrunden Abschnitt 92 einer Platte 91, die eine Öffnung 45 am oberen Ende der Filter-/Kühlvorrichtung 67 verschließt. Die Platte 91 besteht aus dem kreisrunden Abschnitt 92 und einem ringförmigen Abschnitt 93, die zusammenhängend ausgebildet sind, wobei der ringförmige Abschnitt 93 an einer Innenwandung der Filter-/Kühlvorrichtung 67 anliegt und das obere Ende der Innenwandung der Filter-/Kühlvorrichtung 67 bedeckt. Die Platte 91 verhindert die Ausbildung von Kurzschlussströmungen durch einen Spalt zwischen dem oberen Ende 94 der Filter-/Kühlvorrichtung und dem kreisrunden Abschnitt 78 des Diffusormantels. Das untere Ende 95 der Filter-/Kühlvorrichtung, das nicht an der Platte 91 anliegt, ist an der Innenfläche 46 des Gehäuses angeschweißt, um ein Entweichen des Abbrandgases am unteren Ende 95 zu verhindern. Da das untere Ende 95 der Filter-/Kühlvorrichtung mit der Innenfläche 46 des Gehäuses verschweißt ist, ist eine feuerbeständige und elastische Dichtung aus Silikongummi oder dergleichen zwischen dem unteren Ende 95 der Filter-/Kühlvorrichtung und der Innenfläche 46 des Gehäuses nicht notwendig.
Zwischen der Umfangswandung 68 des Gehäuses und der Außenschicht 89 der Filter-/Kühlvorrichtung befindet sich der Freiraum 69, in Form eines im radialen Querschnitt ringförmigen, die Filter-/Kühlvorrichtung 67 umgebenden Gasdurchgangs. Wie in dem in 1 dargestellten Gasgenerator ist die Fläche des Gasdurchgangs im radialen Querschnitt größer als die offene Gesamtfläche der Ausströmöffnungen 77 im Diffusormantel. Dadurch, dass um die Filter-/Kühlvorrichtung 67 herum ein Gasdurchgang besteht, passiert das Abbrandgas die gesamte Filter-/Kühlvorrichtung 67, um in Richtung Gasdurchgang zu strömen, sodass die Filter-/Kühlvorrichtung 67 effizient genutzt und das Abbrandgas effizient gekühlt und gereinigt wird. Das durch die Filter-/Kühlvorrichtung 67 gekühlte und gereinigte Abbrandgas durchströmt wie beschrieben den Gasdurchgang, um zu den Ausströmöffnungen 77 des Diffusormantels 61 zu gelangen. An der Innensei te des Gehäuses ist ein Aluminiumband 96 befestigt, welches die Ausströmöffnungen 77 im Diffusormantel verschließt.
In dem Gasgenerator gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis (A/At) von A zu At wie in dem in 1 dargestellten Gasgenerator auf einen Bereich von 450 bis 1000 festgelegt, wobei A die Gesamtoberfläche der Feststoffteile des Treibstoffs 66 ist, und wobei At die offene Gesamtfläche der Ausströmöffnungen 77 in dem Diffusormantel 61 ist. Bei einem so geregelten Verhältnis A/At ist die Abbrandgeschwindigkeit so hoch, dass sie für einen Fahrer-Luftsack geeignet ist, und kann der im Gasgenerator befindliche Treibstoff innerhalb einer erwünschten Zeitdauer vollständig verbrennen. Außerdem ist der beschriebene Gasgenerator weniger beeinflussbar durch Schwankungen der Umgebungstemperatur, was stabile Betriebsparameter gewährleistet.
Bei der Montage des Gasgenerators gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Abschlussmantel 62 so positioniert, dass der kreisrunde Abschnitt 71 zum Boden zeigt, und der Zünder 64 in die zentrale Öffnung 74 eingefügt. Dann wird die Filter-/Kühlvorrichtung 67 auf den Abschlussmantel 62 gesetzt und der von der Filter-/Kühlvorrichtung 67 umgebene Freiraum mit dem Treibstoff 66 gefüllt und durch die Platte 91 abgedeckt. Schließlich wird der Flansch 86 des Diffusormantels auf den Flansch 87 des Abschlussmantels aufgesetzt und werden der Diffusormantel 61 und der Abschlussmantel 62 durch Laserschweißung 88 der beiden Flansche miteinander verbunden.
In dem wie beschrieben konstruierten Gasgenerator wird bei Feststellen eines Aufpralls durch einen Sensor (nicht abgebildet) ein Signal vom Sensor an den Zünder 64 übertragen, der daraufhin aktiviert wird, um den Treibstoff 66 im Brennraum 84 zu zünden. Daraufhin verbrennt der Treibstoff 66 unter Entstehung eines Hochtemperatur- und Hochdruckgases. Das so erzeugte Abbrandgas strömt durch die gesamte Filter-/Kühlvorrichtung 67, in der das Gas effizient gekühlt wird und die Verbrennungsrückstände beim Passieren des Gases ausgefiltert werden. Das so gekühlte und gereinigte Abbrandgas passiert den vom Freiraum 69 gebildeten Gasdurchgang und zerreißt das Aluminiumband 96, um durch die Ausströmöffnungen 77 in einen Luftsack (nicht abgebildet) zu strömen. Dadurch wird der Luftsack aufgeblasen und bildet ein Polster zwischen einem Insassen und einer harten Oberfläche, sodass der Insasse vor einem Aufprall geschützt wird.
3 zeigt ein Beispiel eines Gasgenerators, der dem in 1 gezeigten Gasgenerator entspricht, dessen Diffusormantel 1' und Abschlussmantel 2' jedoch aus einer Aluminiumgusslegierung bestehen. Der Diffusormantel 1' umfasst einen kreisrunden Abschnitt 12' und einen zentralen zylindrischen Abschnitt 16', die zusammenhängend ausgebildet sind, einen ringförmigen Abschnitt 10' entlang des äußeren Rands des kreisrunden Abschnitts 12', und einen Flansch 19', der am unteren Ende des ringförmigen Abschnitts 10' radial nach außen ragt. Der Abschlussmantel 2' umfasst einen kreisrunden Abschnitt 30', eine zentrale Öffnung 15' in der Mitte des kreisrunden Abschnitts 30', einen ringförmigen Abschnitt 47' entlang des äußeren Rands des kreisrunden Abschnitts 30', und einen Flansch 20', der am unteren Ende des ringförmigen Abschnitts 47' radial nach außen ragt. Der zentrale zylindrische Abschnitt 16' des Diffusormantels wird in die zentrale Öffnung 15' des Abschlussmantels eingefügt. Durch Übereinanderlegen des Flanschs 19' des Diffusormantels und des Flanschs 20' des Abschlussmantels und durch Verbinden des Diffusormantels 1' und des Abschlussmantels 2' durch eine Laserschweißung 21' wird ein Gehäuse 3' gebildet. Die Bezugsnummern in 3 entsprechen den Bezugsnummern in 1, weshalb auf deren ausführliche Beschreibung an dieser Stelle verzichtet wird.
4 zeigt ein Beispiel eines Gasgenerators, der dem in 2 gezeigten Gasgenerator entspricht, dessen Diffusormantel 61' und Abschlussmantel 62' jedoch aus einer Aluminiumgusslegierung bestehen. Der Diffusormantel 61' umfasst einen kreisrunden Abschnitt 78', einen ringförmigen Abschnitt 76' entlang des äußeren Rands des kreisrunden Abschnitts 78', und einen Flansch 86', der am unteren Ende des ringförmigen Abschnitts 76' radial nach außen ragt. Der Abschlussmantel 62' umfasst einen kreisrunden Abschnitt 71', einen ringförmigen Abschnitt 72' entlang des äußeren Rands des kreisrunden Abschnitts 71', und einen Flansch 87', der am unteren Ende des ringförmigen Abschnitts 72' radial nach außen ragt. In der Mitte des kreisrunden Abschnitts 71' befindet sich eine zentrale Öffnung 74'. Der Zylinder 80 des Zünders 64 wird in die zentrale Öffnung 74' des Abschlussmantels 62' eingefügt, und der Montageabschnitt 82 des Zünders 64 greift in eine Innenfläche 129 des kreisrunden Abschnitts 71' des Abschlussmantels 62' ein. Durch Übereinanderlegen des Flanschs 86' des Diffusormantels und des Flanschs 87' des Abschlussmantels und durch Verbinden des Diffusormantels 61' und des Abschlussmantels 62' durch eine Laserschweißung 88 wird ein Gehäuse 63' gebildet. Die Bezugsnummern in 4 entsprechen den Bezugsnummern in 2, weshalb auf deren ausführliche Beschreibung an dieser Stelle verzichtet wird.
5 zeigt einen Gasgenerator für einen Luftsack für die Beifahrerseite. Dieser Gasgenerator hat ein Gehäuse 104 mit einem zylindrischen Abschnitt 101 und Seitenwänden 102 und 103 an den beiden gegenüber liegenden Enden des zylindrischen Abschnitts 101. Der zylindrische Abschnitt 101 weist eine Vielzahl in axialer Richtung und in Umfangsrichtung angeordnete Ausströmöffnungen 100 auf. In der Mitte des Gehäuses 104 befindet sich ein Verstärkerrohr 105 und eine Vielzahl an Treibstoffteilen 106 in Scheibenform, die nebeneinander entlang der äußeren Oberfläche des Verstärkerrohrs 105 angeordnet sind. Weiterhin umfasst der Gasgenerator eine Filter-/Kühlvorrichtung 107, die die Treibstoffteile 106 umgibt. Eine Zündvorrichtung, die aus einer Verstärkerladung 108 und einem Zünder 109 besteht, befindet sich innerhalb des Verstärkerrohrs 105 an einer der Seitenwände 102. An der anderen Seitenwand 103 ist ein Schraubbolzen 110 zur Befestigung des Gasgenerators in einem Luftsack-Modul angebracht. Das Verstärkerrohr 105 weist eine Vielzahl an Öffnungen 111 auf, die in der zylindrischen Wandung des Verstärkerrohrs 105 in regelmäßigen Abständen angeordnet sind und durch die eine von der Verstärkerladung 108 erzeugte Flamme schlägt. An der Innenwand des Gehäuses 104 ist ein Aluminiumband 124 so befestigt, dass es mindestens den Bereich des Gehäuses mit den Ausströmöffnungen 100 bedeckt. Dieses Aluminiumband 124 schließt die Ausströmöffnungen 100 luftdicht ab, um ein Eindringen von Feuchtigkeit von außen durch die Ausströmöffungen 100 zu verhindern.
Am rechtsseitigen und linksseiten Ende der Filter-/Kühlvorrichtung 107 befinden sich eine Platte 112 bzw. eine Platte 113, wie in 5 dargestellt. Die Platte 112 umfasst einen kreisrunden Abschnitt 115, der eine Öffnung 114 am rechtsseitigen Ende der Filter-/Kühlvorrichtung 107 verschließt, und einen ringförmigen Abschnitt 117, der an einer Innenwandung 116 der Filter-/Kühlvorrichtung 107 angrenzt, wobei die Abschnitte 115 und 117 zusammenhängend ausgebildet sind. Im kreisrunden Abschnitt 115 befindet sich eine zentrale Öffnung 118, in die das Verstärkerrohr 105 eingefügt ist. Entsprechend der Platte 112 umfasst die Platte 113 einen kreisrunden Abschnitt 121, einen ringförmigen Abschnitt 122 und eine zentrale Öffnung 123. Die Platten 112, 113 sind so an dem Verstärkerrohr 105 befestigt, dass eine radiale Bewegung dieser Platten 112, 113 durch das Verstärkerrohr 105 gehemmt wird, und dienen so bei der Montage des Gasgenerators zur Positionierung der Filter-/Kühlvorrichtung 107. Die Platten 112, 113 dienen außerdem dazu, eine Bewegung der Filter-/Kühlvorrichtung 107 aufgrund von Fahrzeugvibrationen zu verhindern, sowie eine bei Aktivierung des Gasgenerators auftretende Kurzschlussströmung des Abbrandgases durch einen Spalt zwischen einer Innenwandung 119 des Gehäuses und einem Ende 120 der Filter-/Kühlvorrichtung zu verhindern.
Zwischen dem zylindrischen Abschnitt 101 des Gehäuses und der Filter-/Kühlvorrichtung 107 besteht ein Freiraum 125. Durch den Freiraum 125 entsteht in einer radialen Querschnittsansicht ein die Filter-/Kühlvorrichtung 107 umgebender, ringförmiger Gasdurchgang. Die Fläche St des Gasdurchgangs in der radialen Querschnittsansicht ist größer als die Summe At der offenen Flächen S der Ausströmöffnungen 100 in dem zylindrischen Abschnitt. Dadurch, dass um die Filter-/Kühlvorrichtung herum ein Gasdurchgang besteht, passiert das Abbrandgas die gesamte Filter-/Kühlvorrichtung, um in Richtung Gasdurchgang zu strömen, sodass die Filter-/Kühlvorrichtung effizient genutzt und das Abbrandgas effizient gekühlt und gereinigt wird. Das durch die Filter-/Kühlvorrichtung 107 gekühlte und gereinigte Abbrandgas durchströmt wie beschrieben den Gasdurchgang, um zu den Ausströmöffnungen 100 im zylindrischen Gehäuseabschnitt zu gelangen.
Im beschriebenen Gasgenerator ist das Verhältnis A/At auf einen Bereich von 450 bis 1000 festgelegt, wobei A die Gesamtoberfläche der Treibstoff-Scheiben 106 ist, und wobei At die offene Gesamtfläche der Ausströmöffnungen 100 in dem zylindrischen Gehäuseabschnitt ist. In diesem Ausführungsbeispiel, das 32 Ausströmöffnungen mit einem Innendurchmesser von jeweils 3 mm aufweist, ist die Summe At der offenen Flächen 226 mm², und befinden sich im Gehäuse wie in 1 dargestellt 100 g Treibstoff mit einer Gesamtoberfläche A von 153524 mm², was ein Verhältnis A/At von 679 ergibt. Bei einem so geregelten Verhältnis A/At ist die Abbrandgeschwindigkeit so hoch, dass sie für einen Beifahrer-Luftsack geeignet ist, und kann der im Gasgenerator befindliche Treibstoff innerhalb einer erwünschten Zeitdauer vollständig verbrennen. Außerdem ist der beschriebene Gasgenerator weniger beeinflussbar durch Schwankungen der Umgebungstemperatur, was stabile Betriebsparameter gewährleistet.
Bei Feststellen eines Aufpralls durch einen Sensor wird ein Signal vom Sensor an den Zünder 109 übertragen, der daraufhin aktiviert wird, um die Verstärkerladung 108 zu zünden, wodurch eine Hochtemperaturflamme entsteht. Diese Flamme schlägt durch die Öffnungen 111 in dem Verstärkerrohr 105, um die Treibstoff-Scheiben 106 zu zünden, die nahe der Öffnungen 111 liegen. Daraufhin verbrennt der Treibstoff 106 unter Entstehung eines Hochtemperatur- und Hochdruckgases. Das so erzeugte Abbrandgas strömt durch die gesamte Filter-/Kühlvorrichtung 107, in der das Gas effizient gekühlt wird und die Verbrennungsrückstände beim Passieren des Gases ausgefiltert werden. Das so gekühlte und gereinigte Abbrandgas passiert den Gasdurchgang (Freiraum 125) und zerreißt das Aluminiumband 124, um durch die Ausströmöffnungen 100 in einen Luftsack (nicht abgebildet) zu strömen. Dadurch wird der Luftsack aufgeblasen und bildet ein Polster zwischen einem Insassen und einer harten Oberfläche, sodass der Insasse vor einem Aufprall geschützt wird.
6 zeigt ein Beispiel eines Luftsacksystems mit einem Gasgenerator gemäß vorliegender Erfindung. Dieses Luftsacksystem umfasst einen Gasgenerator 200, einen Crashsensor 201, eine Steuereinheit 202, ein Modulgehäuse 203 und einen Luftsack 204.
Der Gasgenerator 200 ist der oben mit Bezug auf 1 beschriebene Gasgenerator.
Der Crashsensor 201 kann z. B. ein Halbleiter-Beschleunigungssensor sein. In diesem Halbleiter-Beschleunigungssensor liegen vier Halbleiter-Dehnungsmesser an einem Biegebalken aus Siliziumsubstrat, der bei Beschleunigung so ausgelenkt wird, dass die Dehnungsmesser sich berühren und eine brückenförmige Verbindung darstellen. Bei Beschleunigung wird der Biegebalken ausgelenkt und treten Dehnungen auf der Oberfläche des Biegebalkens auf. Der Widerstand der Halbleiter-Dehnungsmesser ändert sich aufgrund der Dehnungen. Die Änderungen des Widerstands werden als Spannungssignale ermittelt, die proportional zu der jeweiligen Beschleunigung sind.
Die Steuereinheit 202 enthält einen Auswertungs-Schaltkreis, der Signale von dem Halbleiter-Beschleunigungssensor erhält. Sobald das vom Crashsensor erzeugte Signal eines Aufpralls einen bestimmten Wert überschreitet, beginnt die Steuereinheit zu rechnen und sendet, wenn das Rechenergebnis einen bestimmten Wert überschreitet, ein Aktivierungssignal an den Zünder 4 des Gasgenerators 200.
Das Modulgehäuse 203 besteht z. B. aus Polyurethan und hat eine Modul-Abdeckung 205. Der Luftsack 204 und der Gasgenerator 200 sind in dem Modulgehäuse 203 untergebracht, das ein in einem Lenkrad eines Kraftfahrzeuges integriertes Polstermodul darstellt.
Der Luftsack besteht aus Nylon (z. B. Nylon 66), Polyester oder einem anderen Material, und ist in zusammengefaltetem Zustand an dem Flansch des Gasgenerators befestigt, wobei die Öffnung 206 des Luftsacks die Ausströmöffnungen des Gasgenerators umgibt.
Wenn der Halbleiter-Beschleunigungsmesser 201 bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs einen Aufprall feststellt, übermittelt der Sensor 201 ein Signal an die Steuereinheit 202, die zu rechnen beginnt, wenn das Sensorsignal den vorher bestimmten Wert überschreitet. Dann sendet die Steuereinheit 202 ein Aktivierungssignal an den Zünder 4 des Gasgenerators 200, wenn das Rechenergebnis den vorher bestimmten Wert überschreitet. Daraufhin wird der Zünder 4 zur Zündung des Treibstoffs aktiviert, sodass der Treibstoff unter Entstehung eines Abbrandgases verbrennt. Das so entstehende Gas strömt in den Luftsack 204 und bläst diesen auf, wobei die Modul-Abdeckung 205 aufbricht. Der aufgeblasene Luftsack 204 bildet schließlich ein Polster zwischen dem Lenkrad 207 und dem Insassen, das den Aufprall abfängt.
In dem wie oben beschrieben konstruierten Gasgenerator gemäß vorliegender Erfindung kann der im Gasgenerator enthaltene Treibstoff innerhalb einer erwünschten Zeitdauer vollständig verbrennen und ist eine Beeinflussung des bei Aktivierung des Gasgenerators entstehenden Maximaldrucks im Gehäuse durch Schwankungen der Umgebungstemperatur unwahrscheinlich, was stabile Betriebsparameter gewährleistet.
Beispiel
Behälterdruckprüfung
Mit Hilfe eines Behälters mit einem Fassungsvermögen von 60 l wurden an einem Gasgenerator für einen Fahrer-Luftsack, in dem die Gesamtoberfläche A der Feststoffteile des Treibstoffs und die offene Gesamtfläche At der Ausströmöffnungen auf die jeweils unten angegebenen Werte festgelegt wurden, Behälterdruckprüfungen bei 85°C, 20°C und –40°C durchgeführt. Die Prüfungsergebnisse sind in 7 dargestellt.
Gasgenerator
Die offene Gesamtfläche At der Ausströmöftnungen (16 Ausströmöffnungen mit einem Innendurchmesser von jeweils 3,0 mm) betrug 113 mm².
Die Rohdichte der Filter-/Kühlvorrichtung betrug 4,03 g/mm³.
Der Druckverlust der Filter-/Kühlvorrichtung gegenüber einem Gasstrom von 1000 I/min und bei einer Temperatur von 20°C betrug 300 mmH₂O (0,03 kgf/cm²).
Treibstoff
Zusammensetzung (in Gew.-%):
Nitroguanidin : Sr(NO₃)₂ : Natriumsalz aus Carboxymethylcellulose : säureaktivierter Ton = 31,0 : 54,0 : 10,0 : 5,0.
Jedes Treibstoffteil hatte eine hohle, zylindrische Form mit einem Außendurchmesser von 2,35 mm, einem Innendurchmesser von 0,69 mm und einer Länge von 3,0 mm.
Die lineare Abbrandgeschwindigkeit bei einem Druck von 6,86 MPa (70 kg/cm²) betrug 11 mm/s.
Die Gesamtoberfläche A der Treibstoffteile betrug 56804 mm² (37 g).
Das Verhältnis (A/At) der Gesamtoberfläche A der Treibstoffteile zur offenen Gesamtfläche At der Ausströmöffnungen betrug 502.
Auswertung
Die Auswertung der in 7 dargestellten Ergebnisse der Behälterdruckprüfungen zeigt, dass bei einem Verhältnis A/At von 502 wie in dem oben beschriebenen Beispiel eine Differenz zwischen den Maximaldrücken im Behälter bei 85°C und bei 20°C ca. 30 kPa beträgt, und eine Differenz zwischen den Maximaldrücken im Behälter bei 20°C und bei –40°C ca. 20 kPa beträgt. Folglich betragen die Differenzen zwischen den Maximaldrücken im Behälter bei 85°C und bei 20°C und zwischen den Maximaldrücken bei 20°C und bei –40°C weniger als 40 kPa, d. h., dass die Betriebsparameter des Gasgenerators weniger beeinflussbar durch Schwankungen der Umgebungstemperatur sind.
Außerdem betragen die Differenz zwischen den Maximaldrücken im Behälter bei 85°C und bei 20°C und die Differenz zwischen den Maximaldrücken im Behälter bei 20°C und bei –40°C jeweils maximal 25% des in der Behälterdruckprüfung bei 20°C ermittelten Maximaldrucks (ca. 160 kPa).
Aus der Beschreibung vorliegender Erfindung wird offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung auf viele Arten variiert werden kann. Eine solche Variätion bedeutet keine Abweichung von vorliegender Erfindung, und es ist beabsichtigt, dass vorliegende Erfindung alle Fachleuten ersichtlichen Abänderungen im Rahmen und im Sinne der folgenden Patentansprüche einschließt.

Claims

Gasgenerator für einen Luftsack für die Fahrerseite und/oder die Beifahrerseite eines Kraftfahrzeugs, umfassend: ein Gehäuse (3, 63) mit mindestens einer Ausströmöffnung (11, 77); eine Zündvorrichtung (4, 64), die aktiviert wird, wenn ein Crashsensor einen Aufprall feststellt; einen Treibstoff (6, 66), der von der Zündvorrichtung gezündet wird und unter Entstehung von Abbrandgasen verbrennt; und eine Filtervorrichtung (7, 67) zur Kühlung der Abbrandgase und/oder Rückhaltung von Verbrennungsrückständen, wobei die Zündvorrichtung, der Treibstoff und die Filtervorrichtung in dem Gehäuse untergebracht sind, und dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstoff bei einem Druck von 6,86 MPa (70 kg/cm²) eine lineare Abbrandgeschwindigkeit von 7 bis 30 mm/s aufweist, wobei ein Verhältnis (A/At) der Gesamtoberfläche A des Treibstoffs zur Gesamtfläche At der Ausströmöffnung auf einen Wert zwischen mehr als 300 und nicht mehr als 1300 festgelegt ist.
Gasgenerator für einen Luftsack nach Anspruch 1, wobei eine Differenz zwischen den Maximaldrücken bei 85°C und bei 20°C und eine Differenz zwischen den Maximaldrücken bei 20°C und bei –40°C, die in Behälterdruckprüfungen mittels eines Behälters mit einem Fassungsvermögen von 60 l ermittelt werden, jeweils maximal 25% des in der Behälterdruckprüfung ermittelten Maximaldrucks bei 20°C betragen.
Gasgenerator für einen Luftsack nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Differenz zwischen den Maximaldrücken bei 85°C und bei 20°C und eine Differenz zwischen den Maximaldrücken bei 20°C und bei –40°C, die in Behälterdruckprüfungen mittels eines Behälters mit einem Fassungsvermögen von 60 l ermittelt werden, jeweils maximal 40 kPa betragen.
Gasgenerator für einen Luftsack nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verhältnis (A/At) der Gesamtoberfläche A des Treibstoffs zur Gesamtfläche At der Ausströmöffnung zwischen 450 und 1300 beträgt.
Gasgenerator für einen Luftsack nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verhältnis (A/At) der Gesamtoberfläche A des Treibstoffs zur Gesamtfläche At der Ausströmöffnung zwischen 450 und 1000 beträgt.
Gasgenerator für einen Luftsack nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Gesamtfläche At der Ausströmöffnung zwischen 50 und 200 mm² für einen Luftsack auf der Fahrerseite beträgt, und zwischen 60 und 500 mm² für einen Luftsack auf der Beifahrerseite.
Gasgenerator für einen Luftsack nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Gesamtoberfläche A des Treibstoffs zwischen 4 × 10⁴ und 7 × 10⁴ mm² für einen Luftsack auf der Fahrerseite beträgt, und zwischen 6 × 10⁴ und 3 × 10⁵ mm² für einen Luftsack auf der Beifahrerseite.
Gasgenerator für einen Luftsack nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ausströmöffnung bzw. jede der Ausströmöffnungen einen Innendurchmesser von 2 bis 5 mm aufweist.
Gasgenerator für einen Luftsack nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Treibstoff bei einem Druck von 6,86 MPa (70 kg/cm²) eine lineare Abbrandgeschwindigkeit von 7 bis 15 mm/s aufweist.
Gasgenerator für einen Luftsack nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Treibstoff ein azidfreier Treibstoff ist, der eine stickstoffhaltige organische Verbindung, ein Oxidationsmittel und einen Schlackenbildner enthält.
Gasgenerator für einen Luftsack nach Anspruch 10, wobei der Treibstoff zu 25 bis 60 Gew.-% die stickstoffhaltige organische Verbindung, zu 40 bis 65 Gew.-% das Oxidationsmittel und zu 1 bis 20 Gew.-% den Schlackenbildner enthält.
Gasgenerator für einen Luftsack nach Anspruch 10 oder 11, wobei die stickstoffhaltige organische Verbindung Nitroguanidin ist.
Gasgenerator für einen Luftsack nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Schlackenbildner säureaktivierter Ton ist.
Gasgenerator für einen Luftsack nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Treibstoff in Form von zylindrischen Teilen mit axial durchgängigem Hohlraum vorliegt.
Gasgenerator für einen Luftsack nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Menge des im Gasgenerator befindlichen Treibstoffs zwischen 20 und 50 g für einen Luftsack auf der Fahrerseite beträgt, und zwischen 50 und 190 g für einen Luftsack auf der Beifahrerseite.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei ein durch die Filtervorrichtung entstehender Druckverlust geringer ist als ein durch die Ausströmöffnungen im Gehäuse entstehender Druckverlust.
Luftsacksystem, umfassend: einen Gasgenerator für einen Luftsack; einen Crashsensor zur Aktivierung des Gasgenerators, wenn ein Aufprall festgestellt wird; einen Luftsack, der durch ein Gas aufgeblasen wird, welches im Gasgenerator erzeugt und in den Luftsack eingeblasen wird; und ein Modulgehäuse, das den Luftsack umschließt, wobei der Gasgenerator ein Gasgenerator für einen Luftsack ist, welcher in einem der Ansprüche 1 bis 16 definiert ist.
Luftsacksystem nach Anspruch 17, das vor dem Fahrer oder Beifahrer installiert ist.
Gasgenerator für einen Luftsack nach Anspruch 1, wobei der Treibstoff ein Feststoff ist.
Gasgenerator für einen Luftsack nach Anspruch 1, wobei der Treibstoff in zylindrischen Teilen vorliegt, deren kleinste Wanddicke zwischen 0,01 und 2,5 mm beträgt.
Gasgenerator für einen Luftsack nach Anspruch 1, wobei der Treibstoff in zylindrischen Teilen mit axial durchgängigem Hohlraum vorliegt, deren kleinste Wanddicke zwischen 0,01 und 2,5 mm beträgt.
Gasgenerator für einen Luftsack nach Anspruch 1, wobei der Treibstoff für einen Luftsack für die Fahrerseite in 40 bis 60 ms vollständig verbrennt.
Gasgenerator für einen Luftsack nach Anspruch 1, wobei der Treibstoff für einen Luftsack für die Beifahrerseite in 50 bis 80 ms vollständig verbrennt.
Gasgenerator für einen Luftsack nach Anspruch 1, wobei die Filtervorrichtung mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: Eine Rohdichte von 3,0 bis 5,0 g/cm³, einen Durchmesser eines Drahts für ein Metallgitter von 0,3 bis 0,6 mm, einen Strömungswiderstand von 98,06 Pa (10 mm H₂O) bis 19612 Pa (2000 mm H₂O) bei einem Gasstrom von 1000 I/min und einer Umgebungstemperatur von 20°C.