EP1805068A1 - Gasgenerator für insassenschutzsysteme - Google Patents

Gasgenerator für insassenschutzsysteme

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Publication number
EP1805068A1
EP1805068A1 EP05806543A EP05806543A EP1805068A1 EP 1805068 A1 EP1805068 A1 EP 1805068A1 EP 05806543 A EP05806543 A EP 05806543A EP 05806543 A EP05806543 A EP 05806543A EP 1805068 A1 EP1805068 A1 EP 1805068A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas generator
chamber
generator according
reinforcing element
gas
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05806543A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Reiter
Karl Heinz Sommer
Ullrich Becker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Autoliv Development AB
Original Assignee
Autoliv Development AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Autoliv Development AB filed Critical Autoliv Development AB
Publication of EP1805068A1 publication Critical patent/EP1805068A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/02—Occupant safety arrangements or fittings, e.g. crash pads
    • B60R21/16—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags
    • B60R21/26—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags characterised by the inflation fluid source or means to control inflation fluid flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60R21/16—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags
    • B60R21/26—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags characterised by the inflation fluid source or means to control inflation fluid flow
    • B60R21/268—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags characterised by the inflation fluid source or means to control inflation fluid flow using instantaneous release of stored pressurised gas
    • B60R21/272—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags characterised by the inflation fluid source or means to control inflation fluid flow using instantaneous release of stored pressurised gas with means for increasing the pressure of the gas just before or during liberation, e.g. hybrid inflators

Definitions

  • the invention relates to a gas generator for occupant protection systems of motor vehicles, preferably airbags, having at least one chamber which can be exposed to a high internal pressure.
  • the occupant protection systems of motor vehicles which contribute significantly to increasing vehicle safety, include airbags for many years.
  • airbags In these hybride and pyrotechnic gas generators are used in large quantities. While focused on the development of gas generators in the Vergan ⁇ tunity focus essentially on the safe operation of gas generators over long periods of time, is increasingly recently tried * to reduce the cost and weight of the gas generators. It should be borne in mind that the cost of the gas generator is approximately 40% of the total module costs. It follows that a reduction of the material and Vietnameses ⁇ cost for the gas generator with consistently safe function has a high priority. On the other hand, a weight reduction is of particular importance, since the number of airbags and thus the gas generators used for this purpose per vehicle increases. For gas generators preferred tubular designs are used, since they have a high static strength. Tubes or pipe segments are comparatively simple and inexpensive to produce. The pipes must be designed with a sufficient safety factor compared to the maximum occurring operating pressure.
  • the object of the invention is to reduce the overall weight of gas generators, in particular hybrid gas generators, by improving the static strength.
  • At least one reinforcing element is arranged in the at least one chamber which can be exposed to a high internal pressure, which counteracts an outward buckling of the chamber wall.
  • the necessary wall thickness of the chamber can be reduced to the minimum required from the static calculation.
  • the reinforcing element By inserting the reinforcing element into the interior of the chamber, internal stiffening of the structure is achieved. This leads to a more uniform load distribution in the structure and to lower deformations.
  • a compressed gas can be stored in the chamber.
  • a pyrotechnic chamber for receiving a gas-forming material may be arranged in the gas generator.
  • the high internal pressure exposable chamber is preferably cylindrical aus ⁇ formed.
  • the at least one reinforcing element may be an annular element.
  • the reinforcing element may preferably hold the container containing the pyrotechnic material.
  • the at least one reinforcing element can subdivide the chamber, which can be exposed in a high internal pressure, into a plurality of chambers.
  • the at least one reinforcing element is particularly advantageously designed as a closure cap with a bursting membrane inserted.
  • the same pipe segment is used as a single part.
  • Hier ⁇ by different gas generators of identical individual components can be produced in a preferred manner.
  • the system technology used can be maintained almost unchanged. Only Einzel Einbautei Ie be changed, so that the total cost of gas generator production can be further reduced.
  • the reinforcing elements can be arranged in the region of chamber wall tapers or chamber wall beads and connected to the chamber wall. As a result, the static strength of the construction in the interior of the chamber is even further improved.
  • the at least one reinforcing element can be connected to the chamber wall via welded connections, preferably a friction or laser welding connection.
  • gas generators with two separate pressure systems for each stage are assembled from single pressure cylinders with connecting components to a gas generator.
  • gas generators and pressure cylinders are connected or welded from tube components with end caps.
  • such a gas generator with two separate or combined pressure vessels can be produced from a single tube segment which serves as a chamber.
  • the previous Endkap ⁇ pen the pressure vessels can here as by the reinforcing elements in the interior of the tube welded ring closure caps are formed with optionally introduced bursting membranes. This results in short, almost ball-shaped pressure vessels, which can be pressurized considerably higher with the same wall thickness.
  • the use of laser or friction welding allows a cost-effective production here.
  • FIG. 1 shows a tubular gas generator according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a tubular gas generator according to FIG. 1 in a modified embodiment variant
  • FIG. 3 shows a gas generator according to the invention in accordance with a two-stage embodiment variant
  • Figure 4 another two-stage embodiment of the gas generator according to the invention.
  • FIG. 1 shows a gas generator in the form of a hybrid gas generator is shown in Thomasdar ⁇ position, wherein the main body of this gas generator 10 as Rohrseg ⁇ ment 1 2 is formed.
  • the diameter of the tube segment is reduced in its center region.
  • annular elements 14 serving as reinforcing elements are provided in the interior of the tube segment 12 in the region of the taper of the tube segment perpendicular to the outer wall. These annular elements are perpendicular to the outer wall of the pipe segment 12. They are connected to the outer wall of the pipe segment 12 by a suitable joining method, for example by friction welding or laser welding.
  • the annular element 14 can be brought in each case from one side or from both sides of the tube segment 12.
  • the welded connection 16 is located in the exemplary embodiment shown here in the region of the diameter reduction of the tube segment 12.
  • two pyrotechnic charges are provided in the tube segment 12 in the embodiment according to FIG. 1, two pyrotechnic charges are provided.
  • Denoted by 20 is a bursting membrane.
  • FIG. 2 essentially corresponds to that according to FIG. 1.
  • the same parts are designated by the same reference numerals.
  • the tube segment has two beads 22.
  • the annular elements 14 are arranged, wherein These simultaneously enclose the pyrotechnic charges and thereby hold, as shown in Figure 2.
  • the static load distribution in the tube segment 12 changes.
  • the tubular chamber is stiffened so that the individual segments behave zwi ⁇ tween the ring segments as individual gas generators. Critical load limits are therefore only reached much later. This allows a higher pressure filling of the gas generator with the same pipe wall thickness, while maintaining the same safety coefficient of the pressure vessel. On the other hand, it is also possible to reduce the wall thickness of the tube with the same pressure filling.
  • annular elements 14 are used as reinforcing elements in FIGS. 1 and 2, they can of course also have a different shape. They can be designed, for example, in the form of spokes or in any other way.
  • FIG. 3 shows a two-stage gas generator with an inner second stage with puncture protection.
  • a gas generator with two separate systems can be formed from a tube segment 12 by using a closed cap 24 as a reinforcing element, which has an opening closed with a bursting membrane 26.
  • FIG. 4 two sealing caps 24, which are each closed by bursting membranes 26, are used. This results in a two-stage Gasgenera ⁇ gate with a gas outlet system 30 arranged in the center, in which case by providing a partition wall 28, two completely separate pressure vessels are produced.
  • the solution proposed here with reference to the embodiments according to FIG. 3 and FIG. 4 basically permits the production of very different gas generators using the same individual components and the same external dimensions. It is possible to install a modular system for gas generators. different function with the same manufacturing steps and the same technology to provide.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator für Insassenschutzsysteme von Kraftfahrzeugen, vorzugsweise Airbags, mit mindestens einer einem hohen Innendruck aussetzbaren Kammer. Erfindungsgemäss ist in der Kammer zumindest ein Verstärkungselement angeordnet, das einem Ausbeulen der Kammerwandung nach aussen entgegenwirkt.

Description

25.10.2005" 02524-05 La/es/tg
Autoliv Development AB S-44783 Vargarda
Gasgenerator für Insassenschutzsysteme
Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator für Insassenschutzsysteme von Kraftfahr¬ zeugen, vorzugsweise Airbags, mit mindestens einer einem hohen Innendruck aus¬ setzbaren Kammer.
Zu den Insassenschutzsystemen von Kraftfahrzeugen, die maßgeblich zur Erhö¬ hung der Fahrzeugsicherheit beitragen, gehören seit langen Jahren Airbags. In die¬ sen werden hybride und pyrotechnische Gasgeneratoren in großen Stückzahlen verwendet. Während sich bei der Entwicklung von Gasgeneratoren in der Vergan¬ genheit der Fokus im wesentlichen auf die sichere Funktion von Gasgeneratoren über große Zeiträume konzentriert hat, wird in jüngster Zeit zunehmend versucht* die Kosten und das Gewicht der Gasgeneratoren zu vermindern. Dabei ist zu be¬ rücksichtigen, dass die Kosten des Gasgenerators circa 40% der Modulgesamtko¬ sten beträgt. Hieraus ergibt sich, dass eine Reduktion der Material- und Fertigungs¬ kosten für den Gasgenerator bei gleichbleibend sicherer Funktion einen großen Stellenwert hat. Andererseits ist eine Gewichtsreduktion von besonderer Bedeu¬ tung, da die Zahl der Airbags und damit der hierzu verwendeten Gasgeneratoren pro Fahrzeug zunimmt. Für Gasgeneratoren werden bevorzug rohrförmige Bauformen angewendet, da die¬ se eine hohe statische Festigkeit aufweisen. Rohre bzw. Rohrsegmente sind ver¬ gleichsweise einfach und kostengünstig herzustellen. Die Rohre müssen mit einem ausreichenden Sicherheitsfaktor gegenüber dem maxi mal auftretenden Betriebs¬ druck ausgelegt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Gesamtgewicht von Gasgeneratoren, insbeson¬ dere hybriden Gasgeneratoren, durch die Verbesserung der statischen Festigkeit zu senken.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kom bination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist in der mindestens einen, einem hohen Innendruck aussetzba¬ ren Kammer zumindest ein Verstärkungselement angeordnet, das einem Ausbeu¬ len der Kammerwandung nach außen entgegenwirkt.
Hierdurch kann die notwendige Wandstärke der Kam mer auf das aus der stati¬ schen Berechnung notwendige Mindestmaß reduziert werden. Durch das Einbrin¬ gen des Verstärkungselementes in das Innere der Kammer, wird eine innere Ver¬ steifung der Struktur erreicht. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Belastungsvertei¬ lung in der Struktur und zu geringeren Verformungen.
Aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen ergeben sich bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Demnach ist in der Kammer ein komprimiertes Gas speicherbar.
Zusätzlich kann im Gasgenerator eine pyrotechnische Kammer zur Aufnahme eines gasbildenden Materials angeordnet sein. Die dem hohen Innendruck aussetzbare Kammer ist vorzugsweise zylindrisch aus¬ gebildet.
Das mindestens eine Verstärkungselement kann ein ringförmiges Element sein. Dabei kann das Verstärkungselement vorzugsweise den das pyrotechnische Mate¬ rial enthaltenen Behälter halten.
Das mindestens eine Verstärkungselement kann die e inem hohen Innendruck aus¬ setzbare Kammer in mehrere Kammern unterteilen.
Das mindestens eine Verstärkungselement ist besonders vorteilhaft als Ver¬ schlusskappe mit eingebrachter Berstmembran ausgeführt. Damit entsteht aus dem Rohrgasgenerator ein zweistufiger Hybridgasgenerato r mit innen liegender Druck¬ flasche oder bei zwei Verschlussklappen zwei unabhängige Hybridgasgeneratoren. In jedem dieser Fälle wird das gleiche Rohrsegment a ls Einzelteil verwendet. Hier¬ durch lassen sich unterschiedliche Gasgeneratoren aus identischen Einzelbauteilen in vorzugsweiser Art und Weise herstellen. Es ergibt sich also ein flexibles Bauka¬ stensystem für Gasgeneratoren. Die verwendete Anlagentechnik kann nahezu un¬ verändert beibehalten werden. Nur einzelne Einbautei Ie werden verändert, so daß sich die Gesamtkosten der Gasgeneratorfertigung noch weiter senken lassen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung de r Erfindung können die Ver¬ stärkungselemente im Bereich von Kammerwandverjüngungen oder Kammerwand- sicken angeordnet und mit der Kammerwand verbunden sein. Hierdurch wird die statische Festigkeit der Konstruktion im Inneren der Kammer noch weiter verbes¬ sert.
Besonders vorteilhaft kann das mindestens eine Verstärkungselement über Schweißverbindungen, vorzugsweise einer Reib- oder Laserschweißverbindung mit der Kammerwand verbunden sein. - A -
Nachdem hybride Rohrgasgeneratoren, wie sie heute eingesetzt werden, überwie¬ gend eine erheblich größere Baulänge aufweisen als ihr eigener Durchmesser be¬ trägt, erfährt ein als Kammer verwendetes Rohrsegment insbesondere im Zen¬ trumsbereich eine besonders hohe Belastung. Durch Einbringen der erfindungsge¬ mäßen Verstärkungseiemente insbesondere im Zentrumsbereich kann die Festig¬ keit des Bauteils erhöht werden. Dieser Bauweise sind jedoch konstruktive Grenzen gesetzt. Aufgrund der zuvor beschriebenen Lösung, die inneren Versteifungsele¬ mente in das Rohrsegment einzubringen und mit der Außenwand zu verschweißen, kann die statische Festigkeit erheblich verbessert werden. Die Festigkeit der ge¬ samten Konstruktion wird gesteigert und bei gleichem Fülldruck wird das Gewicht des Generators reduziert.
Derzeit werden zweistufige Hybridgasgeneratoren in unterschiedlichsten Ausfüh¬ rungsformen produziert. Gasgeneratoren mit zwei getrennten Drucksystemen für jede Stufe werden aus Einzeldruckflaschen mit Verbindungsbauteilen zu einem Gasgenerator zusammengefügt. Gasgeneratoren und Druckflaschen werde beson¬ ders aus Kostengründen aus Rohrsegrnenten mit Endkappen verbunden oder ver¬ schweißt. Gemäß der hier vorgestellten Konstruktion kann ein derartiger Gasgene¬ rator mit zwei getrennten oder kombinierten Druckgefäßen aus einem einzigen Rohrsegment, das als Kammer dient, hergestellt werden. Die bisherigen Endkap¬ pen der Druckgefäße können hier als d urch die Verstärkungselemente im Inneren des Rohres eingeschweißte Ringschlusskappen mit gegebenenfalls eingebrachten Berstmembranen gebildet werden. Hierdurch ergeben sich kurze, nahezu kugel¬ förmige Druckbehälter, die bei gleicher Wandstärke erheblich höher druckbeauf¬ schlagt werden können. Insbesondere der Einsatz des Laser- oder Reibschweißens ermöglicht hier eine kostengünstige Herstellung.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den in der Zeich¬ nung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Figur 1 : einen Rohrgasgenerator gemäß einer ersten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung, Figur 2 : einen Rohrgasgenerator gemäß Figur 1 in abgewandelter Ausführungs¬ variante,
Figur 3: einen erfindungsgemäßen Gasgenerator gemäß einer zweistufigen Aus¬ führungsvariante und
Figur 4: eine weitere zweistufige Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Gasgenerators.
In Figur 1 ist ein Gasgenerator in Form eines Hybridgasgenerators in Schnittdar¬ stellung dargestellt, wobei der Hauptkörper dieses Gasgenerators 10 als Rohrseg¬ ment 1 2 ausgebildet ist. Zur Verringerung von Zugspannungen im Mittelbereich ist der Durchmesser des Rohrsegments in seinem Zentrumsbereich verringert. Zur Verbesserung der statischen Festigkeit der Gesamtkonstruktion sind im Inneren des Rohrsegmentes 12 im Bereich der Verjüngung des Rohrsegments senkrecht zur Außenwand verlaufende als Verstärkungselemente dienende ringförmige Ele¬ mente 14 vorgesehen. Diese ringförmigen Elemente verlaufen senkrecht zur Au¬ ßenwand des Rohrsegmentes 12. Sie sind mit der Außenwandung des Rohrseg¬ mentes 12 durch ein geeignetes Verbindungsverfahren, beispielsweise durch Reib¬ schweißen oder Laserschweißen verbunden. Das ringförmige Element 14 kann hierbei jeweils von einer Seite oder von beiden Seiten des Rohrsegmentes 12 ein¬ gebracht werden. Die Schweißverbindung 16 liegt im hier dargestellten «Ausfüh¬ rungsbeispiel im Bereich der Durchmesserverjüngung des Rohrsegments 12.. Im Rohrsegment 12 in der Ausführungsform gemäß Figur 1 sind zwei pyrotechnische Ladungen vorgesehen. Mit 20 ist eine Berstmembran bezeichnet.
Die Ausführungsvariante gemäß Figur 2 entspricht im wesentlichen derjenigen ge¬ mäß Figur 1. Gleiche Teile sind hier mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Zur weiteren Festigkeitserhöhung weist hier das Rohrsegment zwei Sicken 22 auf. Im Bereich der Sicken 22 sind die ringförmigen Elemente 14 angeordnet, wobei diese gleichzeitig die pyrotechnischen Ladungen umschließen und dadurch halten, wie dies in Figur 2 gezeigt ist. Durch das Einbringen der ringförmigen Elemente 14 verändert sich die statische Belastungsverteilung im Rohrsegment 12. Hierdurch wird die rohrförmige Kammer so versteift, dass sich die einzelnen Segmente zwi¬ schen den Ringsegmenten wie einzelne Gasgeneratoren verhalten. Kritische Bela¬ stungsgrenzen werden somit erst deutlich später erreicht. Dies ermöglicht bei glei¬ cher Rohrwandstärke eine höhere Druckbefüllung des Gasgenerators, unter Beibe¬ haltung des gleichen Sicherheitskoeffizienten des Druckbehälters. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, die Wandstärke des Rohres bei gleicher Druck¬ befüllung zu senken.
Während in den Figuren 1und 2 als Verstärkungselemente ringförmige Elemente 14 eingesetzt sind, können diese selbstverständlich auch eine andere Form aufweisen. Sie können beispielsweise in Form von Speichen oder in beliebig anderer Weise ausgebildet sein.
In Figur 3 ist ein zweistufiger Gasgenerator mit innerer zweiter Stufe mit Durch¬ schlagschutz gezeigt. Hier kann aus einem Rohrsegment 12 durch Verwendung einer geschlossenen Kappe 24 als Verstärkungselement, welche ein mit einer Berstmembran 26 verschlossene Öffnung aufweist, ein Gasgenerator mit zwei ge¬ trennten Systemen gebildet werden.
In der Figur 4 werden zwei Verschlusskappen 24, die jeweils über Berstmembranen 26 verschlossen sind, eingesetzt. Hierdurch ergibt sich ein zweistufiger Gasgenera¬ tor mit einem im Zentrum angeordneten Gasaustrittssystem 30, wobei hier durch vorsehen einer Trennwand 28 zwei vollständig getrennte Druckbehälter hergestellt werden.
Die hier anhand der Ausführungsformen nach Figur 3 und Figur 4 vorgeschlagene Lösung erlaubt grundsätzlich die Herstellung von sehr unterschiedlichen Gasgene¬ ratoren unter Verwendung gleicher Einzelbauteile und gleicher Außenbaumaße. Dabei besteht die Möglichkeit, einen Systembaukasten für Gasgeneratoren unter- schiedlichster Funktion mit gleichen Fertigungsschritten und gleicher Technik zur Verfügung zu stellen.

Claims

25.10.2005 02524-05 La/es/tg
Autoliv Development AB S-44783 Vargarda
Gasgenerator für Insassenschutzsysteme
Patentansprüche
1. Gasgenerator für Insassenschutzsysteme von Kraftfahrzeugen, vorzugsweise Airbags, mit mindestens einer einem hohen Innendruck aussetzbaren Kam¬ mer,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Kammer zumindest ein Verstärkungselement angeordnet ist, das einem Ausbeulen der Kammerwandung nach außen entgegenwi rkt.
2. Gasgenerator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Kam¬ mer komprimiertes Gas speicherbar ist.
3. Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er eine pyrotechnische Kammer zur Aufnahme eines gasbildenden Materials umfasst. 4. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einem hohen Innendruck aussetzbare Kammer zylindrisch ist.
5. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement ein ringförmiges Element ist.
6. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement den das pyrotechnische Material enthaltenden Behälter hält.
7. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement die einem hohen Innendruck aussetzbare Kammer in mehrere Kammern unterteilt.
8. Gasgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das minde¬ stens eine Verstärkungselement als Verschlusskappe mit eingebrachter Berst¬ membran ausgeführt ist.
9. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement im Bereich von Kammerwandverjüngungen oder Kammerwandsicken angeordnet und mit der Kammerwand verbunden ist.
10. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement über Schweißverbindung, vorzugsweise eine Reib- oder Laserschweißverbindung, mit der Kammerwand verbunden ist.
EP05806543A 2004-10-26 2005-10-25 Gasgenerator für insassenschutzsysteme Withdrawn EP1805068A1 (de)

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