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Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere für ein Fahrzeugsicherheitssystem, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ferner befasst sich die Erfindung mit einem Gassackmodul mit einem solche Gasgenerator, mit einem Fahrzeugsicherheitssystem und mit einem Verfahren zum Betreiben eines Gasgenerators.
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Gasgeneratoren liefern beispielsweise Gas zum Füllen eines Gassacks oder für den Antrieb eines Gurtstraffers oder Motorhabenaufstellers. Ein Gasgenerator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 ist beispielsweise aus der Druckschrift
WO 2010/037516 A2 bekannt. Dabei wird ein Gasgenerator beschrieben, der eine Anzünder hat und eine relativ zu diesem verschiebbar gelagerte Kappe, wobei die Kappe eine in ihrem Inneren befindliche Anzündkammer gegenüber einer außerhalb der Kappe gelegenen Brennkammer abgrenzt. Dabei hat die die Kappe mehrere Durchströmöffnungen zur Ausbildung einer Fluidverbindung zwischen der Anzündkammer und der Brennkammer.
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An diesem bekannten Gasgenerator ist von Nachteil, dass ein Anzündgas, welches nach einer Aktivierung des Gasgenerators im Inneren der Kappe, also in der Anzündkammer, gebildet wird, nur durch die mehreren Durchströmöffnungen in der Kappe strömen kann, wodurch sich im Inneren der Kappe über einen gewissen, kurzen Zeitraum ein sehr hoher Funktionsdruck ausbilden kann, dem die Kappe standhalten muss. Anders ausgedrückt ist die Kappe einer sehr hohen mechanischen Belastung durch die vorgenannte Druckausbildung über einen gewissen, kurzen Zeitraum ausgesetzt. Zudem strömt das Anzündgas in einer gewissen Zeitspanne komplett durch die mehreren Öffnungen der Kappe in die Brennkammer und kann dort zur Anzündung eines Treibstoffes nachteilig nur in dieser gewissen Zeitspanne wirken.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest einen der vorgenannten Nachteile zu eliminieren bzw. abzuschwächen. Insbesondere soll dabei die Erfindung einen Gasgenerator angeben, bei dem die Druckbelastung der Kappe verbessert wird und/oder die Anzündung des Treibstoffs in der Brennkammer optimiert wird.
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Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein weiterentwickeltes Gassackmodul, ein Fahrzeugsicherheitssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Gasgenerators anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf den Gasgenerator durch den Gegenstand des Gegenstandes 1, im Hinblick auf das Gassackmudul durch den Gegenstand des Patentanspruches 9, im Hinblick auf das Fahrzeugsicherheitssystem durch den Gegenstand des Patentanspruches 10 und im Hinblick auf das Verfahren zum Betreiben eines Gasgenerators durch den Gegenstand des Patentanspruches 11 gelöst.
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So beruht die Erfindung auf dem Gedanken, einen Gasgenerator mit einem Anzünder und einer relativ zu diesem verschiebbar gelagerten Kappe, die eine in ihrem Inneren befindliche Anzündkammer gegenüber einer außerhalb der Kappe gelegenen Brennkammer, anzugeben. Die Kappe weist dabei mehrere Durchströmöffnungen zur Ausbildung einer Fluidverbindung zwischen der Anzündkammer und der Brennkammer auf. Erfindungsgemäß sind dabei erste Durchströmöffnungen und zweite Durchströmöffnungen derart in der Kappe angeordnet, dass nach einer Aktivierung des Anzünders zunächst nur eine Fluidverbindung durch die ersten Durchströmöffnungen und mittels einer Verschiebung der Kappe zeitlich danach auch eine Fluidverbindung durch die zweiten Durchströmöffnungen ausbildbar ist.
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Der erfindungsgemäße Gasgenerator ermöglicht es, die Ausbildung der Fluidverbindung zwischen der Anzündkammer und der Brennkammer in zwei zeitlich zueinander versetzte Phasen aufzuteilen, nämlich eine erste Phase der Fluidverbindung durch die ersten Durchströmöffnungen und eine dazu zeitlich später ausbildbare zweiten Phase der Fluidverbindung durch die zweiten Durchströmöffnungen hindurch. Eine gesamte Fluidverbindung kann somit in zwei zeitlich zueinander versetzbare und örtlich zueinander verschiedene, einzelne Fluidverbindungen bzw. Teil-Fluidverbindungen aufgeteilt werden. Betrachtet man, anders ausgedrückt, eine gesamte Fluidverbindung erzeugbar durch die Gesamtheit aller Durchströmöffnungen in der Kappe, wobei die Summe der Querschnittsfläche aller Durchströmöffnungen eine gesamte Abströmfläche ergibt, dann ist nach einer Aktivierung des Anzünders eine Fluidverbindung zunächst nur für einen ersten Anteil und zeitlich danach mittels der Verschiebung der Kappe für einen zweiten Anteil der insgesamten Abströmfläche freigebbar.
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Derartige zeitlich versetzt ausbildbare Fluidverbindungen sind bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator bereits einzig mittels der Verschiebung der Kappe erreichbar. Gemeint ist hiermit, dass bezüglich der Kappe keine weiteren zusätzlichen Bauteile, wie beispielsweise Schieber, weitere Kappen oder Hülsen, noch aufreißbare Verschlusselemente nötig sind, um die Fluidverbindung durch die in der Kappe angeordneten zweiten Durchströmöffnungen auszubilden.
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Der erfindungsgemäße Gasgenerator ermöglicht es somit zum einen, dass der in der Kappe ausgebildete Innendruck nach Aktivierung des Gasgenerators bezüglich seines Maximalwerts vorteilhaft reduziert werden kann, indem nach einem ersten Ausströmen von Anzündgas durch die ersten Durchströmöffnungen zeitlich versetzt auch ein zusätzliches Ausströmen durch die zweiten Durchströmöffnungen stattfinden kann. Eine trotz Ausströmung von Anzündgas durch die ersten Durchströmöffnungen entstehende bzw. sich ausbildende zunehmende Druckerhöhung innerhalb der Kappe kann durch ein zusätzliches, zeitverzögertes Öffnen der zweiten Durchströmöffnungen vorteilhaft reduziert bzw. verhindert werden. Somit kann die Kappe hinsichtlich ihrer mechanischen Stabilität konstruktiv einfacher bzw. günstiger ausgelegt werden. Anders ausgedrückt bewirkt das zusätzliche Freigeben einer weiteren Fluidverbindung durch die zweiten Durchströmöffnungen eine Reduzierung des Maximaldrucks in der Kappe bzw. wirkt wie ein Überdruckausgleich.
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Zum anderen wird vorteilhaft die Zeitdauer für eine Anzündung des Treibstoffes außerhalb der Kappe verlängert, indem über die zeitlich versetzte Ausströmung von Anzündgas durch die zeitlich verzögert freigebbaren zweiten Durchströmöffnungen weiterhin Anzündgas vom Inneren der Kappe her nachströmen bzw. nachgeliefert werden kann.
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Dies kann zudem dazu vorteilhaft ausgenutzt werden, um die gesamte Anzündung des Treibstoffs sanfter bzw. gleichmäßiger auszuführen. Gemeint ist damit, dass bei Gasgeneratoren aus dem Stand der Technik, bei welchen das gesamte innerhalb der Kappe produzierte Anzündgas innerhalb einer sehr kurzen Zeit einzig durch eine fest vorgegebene, unveränderlich zur Verfügung stehende Anzahl von Durchströmöffnungen hindurchströmen muss, ein Treibstoff außerhalb der Kappe dementsprechend hart bzw. heftig angezündet wird. Dagegen ermöglicht der erfindungsgemäße Gasgenerator durch die zeitlich nach hinten verschiebbare Ausbildung einer weiteren Fluidverbindung durch die zweiten Durchströmöffnungen eine quasi zeitliche Streckung bzw. Ausdehnung des Anzündprozesses für den Treibstoff, womit dieser sanfter bzw. gleichmäßiger entzündet und abgebrannt werden kann. Hiermit lässt sich auch ein in Fachkreisen sogenannter vorteilhafter „S-Slope“ bezüglich der Aufblascharakteristik eines an den erfindungsgemäßen Gasgenerator angeschlossenen und von diesem aufzublasenden Luftsack darstellen. Hierbei wird der Luftsack quasi mit einem ersten sanften Druck in einer Anfangsphase teilweise mit Gas befüllt und in einer zweiten weiteren Phase dann schonend bzw. sanft auf einen gewünschten Zielzustand aufgeblasen bzw. befüllt. Diese zwei Phasen können bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator entsprechend mit einer ersten Phase der Fluidverbindung durch die ersten Durchströmöffnungen und einer zeitlich darauffolgenden zweiten Phase der Fluidverbindung durch die zweiten Durchströmöffnungen vorteilhaft realisiert werden.
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Insbesondere sind bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator vor Aktivierung des Anzünders die ersten Durchströmöffnungen entweder in Form von bereits offenliegenden Durchströmöffnungen vorhanden oder sind durch Durchströmöffnungen gebildet, welche durch ein zu öffnendes Verschlusselement abgedeckt sind und erst durch ein Aufreißen des Verschlusselements freigebbar sind. Die ersten Druchströmöffnungen können hierbei vor Aktivierung des Anzünders durch eine sogenannte Verdämmung, welche aus Metall, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder Stahl, verschlossen sein. Hierbei kann die Verdämmung von innen oder außen auf der Kappe befestigt, insbesondere aufgeklebt oder angeschweißt, sein, um die ersten Durchströmöffnungen abzudecken bzw. zu verschließen. Erst wenn die Verdämmung aufgerissen wird, insbesondere durch nach einer Aktivierung des Anzünders, können die ersten Druchströmöffnungen bzw. eine Fluidverbindung durch diese freigegeben werden. Die Verdämmung wirkt also wie ein Verschluss der bei Bedarf (Aktivierung des Anzünders bzw. Gasgenerators) geöffnet werden kann. Unter dem Begriff „Aufreißen“ ist insbesondere gemeint, dass die Verdämmung bzw. das Verschlusselement im Bereich der ersten Durchströmöffnungen lokal aufgerissen, zerstört bzw. geöffnet wird, was insbesondere durch einen sich ausbildenden Innendruck innerhalb der Kappe ermöglicht wird.
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Vorzugsweise weist bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator die Anzündkammer eine Verstärkerladung und die Brennkammer einen Treibstoff auf, wobei die Kappe durch ein mittels Abbrand der Verstärkerladung erzeugbares Anzündgas verschiebbar ist, und vorzugsweise die Kappe das einzige Bauteil ist, welches eine Trennung zwischen Verstärkerladung und Treibstoff darstellt, wobei das aufreißbare Verschlusselement davon ausgenommen ist. Die Verstärkerladung und der Treibstoff können insbesondere jeweils ein pyrotechnisches Material umfassen, welches nach bzw. bei seiner Aktivierung angezündet und abgebrannt bzw. chemisch umgesetzt werden kann um ein Gas auszubilden. Dabei können Verstärkerladung und Treibstoff jeweils aus einer Schüttung einzelner Treibstoffkörper, wie z.B. gepresste, insbesondere trocken gepresste, Treibstofftabletten oder extrudierte Körper umfassen, aber auch in Form von gebrochenen Granulaten oder in Form eines monolithischen Formkörpers oder in Form von aneinandergereihten Scheiben bzw. Ringen vorliegen. Es ergeben sich hier auch die oben genannten Vorteile für den erfindungsgemäßen Gasgenerator. Durch die Aktivierung des Anzünders kann eine Anzündung und ein Abbrand der Verstärkerladung zur Erzeugung von Abbrandgas innerhalb der Kappe erreicht werden, wobei das Abbrandgas neben einem Gasanteil auch einen gewissen Anteil an heißen Partikeln umfassen kann. Dadurch bildet sich ein Druck innerhalb der Kappe aus, welcher eine Verschiebung der verschiebbar gelagerten Kappe veranlasst.
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Insbesondere wird dabei die Kappe in einer Verschieberichtung, welche von dem Anzünder weg gerichtet ist, in Bewegung gesetzt bzw. verschoben. Vorzugsweise ist die Verschieberichtung der Kappe im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Kappe und/oder Mittelachse des Gasgenerators ausgerichtet. Dabei kann die Verschieberichtung der Kappe in Richtung Außengehäuse des Gasgenerators, insbesondere in Richtung eines Diffusors, welcher vom Außengehäuse umfasst ist, gerichtet sein. Vorzugsweise wird bei der bestimmungsgemäßen Funktion des Gasgenerators dabei der Diffusor derart, insbesondere auch in Richtung der Verschieberichtung der Kappe, verformt, dass damit eine Verschiebung der Kappe über eine gewisse Streckenlänge erst ermöglicht bzw. zumindest erweitert wird. Neben dem optionalen Verschlusselement, welches die ersten Durchströmöffnungen abdecken kann, ist neben der Kappe kein weiteres Bauteil vorhanden, welches eine Abtrennung zwischen Verstärkerladung und Treibstoff und somit zwischen Anzündkammer und Brennkammer bildet. Insbesondere bedarf es keiner weiteren Hülsen oder Kappen, welche an die Kappe angrenzen und/oder diese umgeben, um eine derartige Abtrennung darstellen zu können.
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Insbesondere ist die Fluidverbindung durch die zweiten Durchströmöffnungen sukzessive entsprechend dem Fortgang der Verschiebung der Kappe freigebbar, um eine unmittelbare fluiddurchgängige Passage von der Anzündkammer in die Brennkammer auszubilden, wobei die Kappe insbesondere jeweils 2 bis 10, weiters insbesondere 4 bis 8, vorzugsweise 4 erste und zweite Durchströmöffnungen aufweist. Vorteilhaft werden hier die zweiten Durchströmöffnungen nicht sofort bzw. zu einem einzigen Zeitpunkt in vollem Umfang, also mit jeweils gänzlich wirksamen Durchströmquerschnitt, freigegeben, sondern erst über einen gewissen Zeitraum. Dadurch, dass die Kappe und damit die in ihr angebrachten zweiten Durchströmöffnungen verschoben werden, können die zweiten Durchströmöffnungen vor bzw. zu Anfang der Verschiebung der Kappe gänzlich abgedeckt bzw. verschlossen sein, beispielsweise durch ein weiteres Bauteil des Gasgenerators. Wenn die zweiten Durchströmöffnungen dann mit einer Verschiebung der Kappe relativ zu diesem weiteren Bauteil verschoben werden, kann eine Abdeckung der zweiten Durchströmöffnungen durch dieses Bauteil fortschreitend aufgehoben werden und die zweiten Durchströmöffnungen entsprechend sukzessive freigegeben werden. Eine derartige Ausführung fördert eine sanfte Anzündung des Treibstoffs bzw. begünstigt die oben genannte „S-Slope“ artige Aufblascharakteristik für einen an den Gasgenerator angeschlossenen Luftsack. Eine optimale Performance bzw. Leistungscharakteristik für den erfindungsgemäßen Gasgenerator hat sich mit jeweils 4 ersten und 4 zweiten Durchströmöffnungen in der Kappe ergeben.
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Vorzugsweise sind bei dem Gasgenerator alle Durchströmöffnungen in einer Seitenwand der Kappe angebracht und insbesondere haben die ersten und zweiten Durchströmöffnungen jeweils untereinander eine identische Querschnittsfläche. Insbesondere weisen die ersten Durchströmöffnungen verglichen mit den zweiten Durchströmöffnungen jeweils eine geringere Querschnittsfläche auf.
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Eine Ausbildung aller Durchströmöffnungen in der Seitenwand, welche im wesentlich zylindrisch ausgeführt sein kann und zusammen mit einem im wesentlichen dazu senkrecht ausgerichteten Kappenboden die Kappe ausbildet, hat sich für eine Anzündung der Verstärkerladung als vorteilhaft erwiesen. Daneben wäre es auch denkbar, dass die ersten Durchströmöffnungen zusätzlich oder gänzlich im Bereich des Kappenbodens ausgebildet sind. Für eine gleichmäßige Anzündung der Verstärkerladung hat sich jeweils eine identische Größe der ersten Durchströmöffnungen untereinander und der zweiten Durchströmöffnungen untereinander ergeben. Für eine optimale Funktion des Gasgenerators können dabei die ersten Durchströmöffnungen jeweils kleiner als die zweiten Durchströmöffnungen ausgebildet sein, sodass der Treibstoff anfangs sanft bzw. schonend angezündet wird. Die geometrische Form aller Durchströmöffnungen ist nicht begrenzt. Demnach können kreisrunde, ovale oder auch polygonal geformte Durchströmöffnungen vorliegen, wobei auch gemischte Formen untereinander denkbar sind.
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Vorzugsweise sind bei dem Gasgenerator alle ersten Durchströmöffnungen in einer ersten Ebene und alle zweiten Durchströmöffnungen in einer zweiten Ebene mit einem längsaxialen Abstand zwischen den beiden Ebenen angeordnet. Insbesondere ist die erste und zweite Ebene jeweils senkrecht zu der Mittelachse und/oder Längsachse der Kappe ausgerichtet. Vorteilhaft kann damit der Treibstoff bzw. ein sogenanntes Treibstoffbett, welches sich durch die Gesamtheit des Treibstoffs bzw. der einzelnen Treibstoffkörper ergibt, bezüglich einer axialen Höhe bzw. der Mittelachse des Gasgenerators gleichmäßig durch ein Anzündgas, welches durch alle Durchströmöffnungen nach der Aktivierung des Gasgenerators in die Brennkammer einströmt, angezündet werden kann. Gemeint ist damit, dass der Treibstoff bzw. das Treibstoffbett auf einer gewissen gleichen axialen Höhe angezündet werden kann, nämlich durch die ersten Durchströmöffnungen auf einer axialen Höhe, welche die erste Ebene bestimmt und durch die zweiten Durchströmöffnungen auf einer dazu im längsaxialen Abstand versetzten axialen Höhe, welche die zweite Ebene bestimmt.
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Zudem kann dadurch weiterhin vorteilhaft bei bzw. nach dem Verschieben der Kappe der Treibstoff im Wesentlichen gleichzeitig durch alle zweiten Durchströmöffnungen angezündet werden, wenn diese in der zur Längsachse der Kappe senkrecht angeordneten zweiten Ebene positioniert sind, da das Anzündgas nach Ausbildung bzw. Öffnung der zweiten Durchströmöffnungen zu einem im Wesentlichen gleichen Zeitpunkt der Verschiebung der Kappe auf den Treibstoff anzündend einwirken kann.
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Vorzugsweise sind zudem die ersten und zweiten Durchströmöffnungen radial umlaufend, insbesondere versetzt zueinander, angeordnet, um eine erste Öffnungsreihe mit den ersten Durchströmöffnungen und eine zweite Öffnungsreihe mit den zweiten Durchströmöffnungen auszubilden. Hieraus ergeben sich auch vorgenannte Vorteile, wobei durch die radial umlaufende Anordnung der Treibstoff bzw. das Treibstoffbett gleichmäßig und durch die versetzt zueinander ausgebildete Anordnung auch an verschiedenen Stellen angezündet werden, um ein möglichst effektiven und großflächigen Abbrand des Treibstoffs zu bewirken.
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Bei dem Gasgenerator können auch vor einer Aktivierung des Gasgenerators die zweiten Durchströmöffnungen durch ein zusätzliches Bauteil, vorzugsweise ein Sockel, abgedeckt sein, wobei der Sockel insbesondere eine kunststoffgespritzte Halterung des Anzünders ist, auf den die Kappe vorzugsweise aufgepresst ist. Hierdurch können die zweiten Durchströmöffnungen bei der Verschiebung der Kappe vorteilhaft durch ein Bauteil des Gasgenerators abgedeckt werden, welches nicht eigens bzw. nur zu deren Abdeckung vorgesehen ist, wie es bei Schiebern oder zusätzlichen Kappen oder Hülsen der Fall wäre. Vielmehr ist bei den meisten Gasgeneratoren eh bzw. sowieso eine Halterung des Anzünders vorgesehen. Wenn diese Halterung als ein Sockel ausgebildet ist, der vorzugsweise an einem gewissen Abschnitt im Wesentlich eine zylindrische Außenfläche aufweist, dann kann die Kappe einfach und kostensparend auf diesen Sockel bzw. Abschnitt aufgepresst sein, sodass zum einen die zweiten Durchströmöffnungen im Ruhezustand, also vor einer Aktivierung des Gasgenerators, vollständig abgedeckt bzw. hin zu der Anzündkammer verschlossen sind und zum anderen die Kappe durch diese einfache Art der Befestigung verschiebbar gelagert ist.
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Vorzugsweise kann bei dem Gasgenerator nach Aktivierung des Anzünders ein Diffusor als Teil eines Außengehäuses des Gasgenerators eine stärker nach außen gewölbte Form aufweisen als vor der Aktivierung des Anzünders, wodurch eine bestimmte Wegstrecke für die Verschiebung der Kappe freigebbar ist. Dabei kann der Diffusor als eine deckelartige aus Metall ausgebildete Halbschale ausgebildet sein, die Ausströmöffnungen aufweist, durch die im Aktivierungsfall Aufblasgas, welches durch einen Abbrand des Treibstoffs gebildet wird, in einen aufzublasenden Luftsack ab- bzw. einströmt. Durch den Abbrand des Treibstoffs innerhalb des Diffusors bildet sich ein entsprechender Druck innerhalb des Diffusors auf, der den Diffusor nach außen hin plastisch und/oder elastisch deformieren bzw. auswölben kann. Anders ausgedrückt kann sich der Diffusor bei bzw. nach einer Aktivierung des Gasgenerators nach außen hin, insbesondere in Verschieberichtung der Kappe, auswölben bzw. ausformen und damit ein entsprechendes Volumen bzw. eine entsprechende Wegstrecke zur Verschiebung der Kappe überhaupt erst ermöglichen. Insbesondere kann dabei der Diffusor derart plastisch und/oder elastisch verformt werden, dass diejenige bestimmte Wegstrecke für die Verschiebung der Kappe entsteht bzw. freigegeben wird, welche nötig ist, um die Verschiebung der Kappe soweit zu ermöglichen, dass die zweiten Durchströmöffnungen, vorzugsweise vollständig, freigegeben werden.
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Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Gassackmodul mit einem Gasgenerator, einem von dem Gasgenerator aufblasbaren Gassack und einer Befestigungseinrichtung zur Anbringung des Gassackmoduls an einem Fahrzeug, wobei der Gasgenerator vorzugsweise gemäß der zuvor beschriebenen Art und Weise ausgebildet ist.
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Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein Fahrzeugsicherheitssystem, insbesondere zum Schutz einer Person, beispielsweise eines Fahrzeuginsassen oder Passanten, mit einem Gasgenerator, einem von diesem aufblasbaren Gassack, als Teil eines Gassackmoduls, und einer elektronischen Steuereinheit, mittels der der Gasgenerator bei Vorliegen einer Auslösesituation aktivierbar ist, offenbart und beansprucht. Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugsicherheitssystem ist vorzugsweise der Gasgenerator gemäß der zuvor beschriebenen Art und Weise ausgebildet.
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Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasgenerators. Der Gasgenerator kann insbesondere gemäß der zuvor beschriebenen Art und Weise ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Gasgenerators weis die folgenden Schritte auf:
- a) Auslösen eines Anzünders zur Erzeugung von Anzündgas innerhalb einer von einer Kappe umfassten Anzündkammer;
- b) Ausströmen von Anzündgas aus der Anzündkammer in eine außerhalb der Kappe gelegenen Brennkammer durch in der Kappe angeordnete erste Durchströmöffnungen, um einen Treibstoff in der Brennkammer (56) anzuzünden, und
- c) Verschieben der Kappe und Freigeben zweiter Durchströmöffnungen in der Kappe für ein zusätzliches Ausströmen von Anzündgas in die Brennkammer.
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Insbesondere kann bei diesem Verfahren zwischen Schritt a) und b) ein Verschlusselement, welches die ersten Durchströmöffnungen der Kappe vor dem Auslösen des Anzünders verschließt, durch das Anzündgas geöffnet werden, vorzugsweise indem das Verschlusselement lokal aufgerissen wird oder aufplatzt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert:
- Darin zeigen:
- 1 eine Längsschnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Gasgenerator in der Ruhestellung, also vor einer Aktivierung des Gasgenerators;
- 2 eine Längsschnittansicht des Gasgenerators gemäß 1 in einer Stellung nach bzw. bei der Aktivierung des Gasgenerators; und
- 3 eine Längsschnittansicht einer Kappe des Gasgenerators gemäß 1 bzw. 2.
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Im Folgenden werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Gasgenerator 10, welcher sich in einer Ruhestellung bzw. in einem nicht aktivierten Status befindet, was bedeutet, dass der Gasgenerator 10 betriebsbereit ist, jedoch noch nicht bestimmungsgemäß aktiviert bzw. ausgelöst ist. Der Gasgenerator 10 hat ein Außengehäuse 12, das hier einen topfförmigen Diffusor 14 mit einer im wesentlichen zylindrischen Umfangswand 16 und einen Verschlusskörper 18, der hier auch den Boden des Gasgenerators 10 bildet, umfasst.
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Der Verschlusskörper 18 besitzt einen umlaufenden, hochgezogenen Rand 20, der an der Innenseite der Umfangswand 16 des Diffusors 14 anliegt und mittels einer Schweißnaht 22 mit dieser fest verbunden ist. Die Schweißnaht 22 erstreckt sich vorzugsweise radial umlaufend, insbesondere über die gesamte Anlagefläche zwischen Verschlusskörper 18 und Diffusor 14 und bis zur Außenseite des Gasgenerators 10, wo sie eine zwischen Verschlusskörper 18 und Diffusor 14 bestehende Nut ausfüllt. Zur Verbindung von Diffusor 14 und Verschlusskörper 18 kann beispielsweise ein Laserschweißverfahren eingesetzt werden.
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Am verschlusskörperseitigen Ende ist die Umfangswand 16 des Diffusors 14 nach außen gebogen, sodass ein horizontal um dem Gasgenerator 10 umlaufender, planer Flansch 24 gebildet ist, welcher zur Befestigung des Gasgenerators an bzw. in einem Fahrzeug dienen kann.
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Der Verschlusskörper 18 hat eine zentrale Öffnung 26, die zur Aufnahme eines vorgefertigten Anzünders 28 dient. Zur zentralen Öffnung 26 hin hat der Verschlusskörper 18 eine Einbuchtung 34 mit einem ringförmigen Abschnitt 30. Die Einbuchtung 34 ist eine Art Einstülpung des Außengehäuses.
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Der Anzünder 28 ist von einem Sockel 32 umgeben, der als Halter für den Anzünder wirkt und den Anzünder 28 mit dem Verschlusskörper 18 und insbesondere mit dem Rand der Öffnung 26 und dem ringförmigen Abschnitt 30 verbindet.
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Der Sockel 32 besteht aus einem Kunststoffmaterial und wird spritzgegossen, nachdem der Anzünder 28 in die Öffnung 26 eingebracht wurde. Beim Spritzgießen umschließt das Kunststoffmaterial sowohl den größten Teil des Anzünders 28 als auch den Rand der Öffnung 26 und füllt auch die durch den ringförmigen Abschnitt 30 gebildete Einbuchtung 34 auf der Außenseite des Gasgenerators 10 mit Ausnahme einer nach außen gerichteten Zündersteckeraufname 38, in die Kontaktstifte 40 für eine elektrische Kontaktierung des Anzünders 28 hineinragen, vollständig aus. Der Anzünder 28 wird beim Umspritzen gleichzeitig in den Sockel 32 eingebettet. Durch den Sockel 32 und den Anzünder 28 ist die Öffnung 26 vollständig verschlossen und die Einbuchtung 34 wird vom Sockel 32 sozusagen ausgekleidet.
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In diesem Fall ist der Anzünder 28 soweit vom Sockel 32 umschlossen, dass lediglich seine Oberseite sowie ein kurzer oberer Abschnitt einer Anzünderkappe 36 freigelassen sind.
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Der Anzünder 28 ist vorzugsweise ein separates, vorgefertigtes Bauteil. Die Anzünderkappe 36 ist entweder Teil des vorgefertigten Anzünders 28 oder ein separates, auf den Anzünder 28 aufgesetztes Bauteil.
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Der Sockel 32 bildet nach außen hin einen Hohlraum in Form die Zündersteckeraufnahme 38 aus, in dem die Kontaktstifte 40 des Anzünders 28 für einen nicht dargestellten Stecker zugänglich sind. Der Gasgenerator 10 kann von einem Steuergerät (nicht dargestellt) im Bedarfsfall mittels eines elektrischen Stromimpulses über den Stecker und die Kontaktstifte 40 durch Auslösen bzw. Aktivieren des Anzünders aktiviert werden und damit von einer Ruhestellung in eine aktivierte Stellung gebracht werden.
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Die Einbuchtung 34 des Verschlusskörpers 18 weist neben dem ringförmigen Abschnitt 30 einen Bodenabschnitt 50 auf, der sich in Richtung zum Inneren des Gasgenerators 10 an den ringförmigen Abschnitt 30 anschließt. Der Bodenabschnitt 50 bildet auch den Rand der Öffnung 26. Am Bodenabschnitt 50 am Rand der Öffnung 26 ist zur Außenseite des Gasgenerators hin ein ringförmig umlaufender Vorsprung 52 ausgebildet, der eine konvexe Form bildet. Auf der gegenüberliegenden Seite (Innenseite) weist der Bodenabschnitt 50 eine vorzugsweise im Profil rechteckige Vertiefung 54 auf, die ebenfalls umlaufend um den Rand der Öffnung 26 verläuft und deren Öffnung ins Innere des Gasgenerators 10 gerichtet ist.
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Sowohl die Vertiefung 54 als auch der Vorsprung 52 werden beim Spritzgießen des Sockels 32 vom flüssigen Kunststoff umschlossen, so dass sich eine feste und dichte Verbindung zum Sockel 32 ausbildet, die auch Temperaturschwankungen standhält sowie während und nach dem Erstarren des Kunststoffs eine zusätzliche Halterung darstellt.
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Im Inneren des Außengehäuses 12 ist eine ringförmige, also im Wesentlichen toroidale Brennkammer 56 gebildet, die mit einem bekannten pyrotechnischen Treibstoff 58, hier angedeutet durch einige tablettenförmige Treibstoffkörper, befüllt ist.
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Zur Mittelachse A des Gasgenerators 10 hin wird die Brennkammer 56 durch eine Kappe 60 begrenzt, die den Anzünder 28 und den im Inneren des Gasgenerators 10 liegenden Abschnitt des Sockels 32 sowie zusätzlich einen Freiraum in Form einer Anzündkammer 62 umschließt. Die Anzündkammer 62 ist mit einer Verstärkerladung 64 gefüllt. Sowohl die Verstärkerladung 64 als auch der Treibstoff 58 können jeweils ein pyrotechnisches Material umfassen, welches nach bzw. bei seiner Aktivierung angezündet und abgebrannt bzw. chemisch umgesetzt wird. Dabei können Verstärkerladung 64 und Treibstoff 58 jeweils aus einer Schüttung einzelner Treibstoffkörper, wie z.B. gepresste, insbesondere trocken gepresste, Treibstofftabletten oder extrudierte Körper umfassen, aber auch in Form von gebrochenen Granulaten oder in Form eines monolithischen Formkörpers oder in Form von aneinandergereihten Scheiben bzw. Ringen vorliegen. Dabei können Verstärkerladung 64 und Treibstoff 58 jeweils aus einer chemisch und/oder geometrisch voneinander abweichenden Zusammensetzung bzw. Form gebildet sein. Für eine bestimmungsgemäße Aktivierung des Gasgenerators 10 kann zuerst der Anzünder 28 aktiviert werden, wobei im Inneren der Kappe 60 dann eine Anzündung und ein Abbrand der Verstärkerladung 64 zur Erzeugung von Anzündgas erfolgt. Danach strömt das Anzündgas durch in der Kappe 60 angebrachte Durchströmöffnungen 66 in die Brennkammer 56 ein, um den Treibstoff 58 zu entzünden, wodurch Abbrandgas bzw. Aufblasgas erzeugt wird, welches zum Befüllen eines Gassackes (nicht dargestellt) verwendet werden kann.
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Der obere Bereich der Brennkammer 56, also auf der dem Anzünder 28 gegenüberliegenden Seite des Außengehäuses 12, ist mit einem elastischen Bauteil, hier einem Füllkörper 80, der als ein Volumenausgleichselement für den Treibstoff 58 wirkt, versehen und liegt an der Oberseite des Diffusors 14 an. Der Füllkörper 80 kann aus einem Maschengestrick aus Draht gebildet sein, ist komprimierbar und hat eine zentrale Ausnehmung, in welche die Kappe bis zu einem Absatz hineinragt.
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Die Kappe 60 kann die einzige Trennwand zwischen der Anzündkammer 62 und der Brennkammer 56 bilden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kappe 60 innenseitig mit einem Verschlusselement 90 ausgekleidet ist, welches vor der Aktivierung des Gasgenerators 10 zumindest einen Teil der Durchströmöffnungen 66, insbesondere erste Durchströmöffnungen 68, verschließt, wobei das Verschlusselement 90 mit der Aktivierung bzw. Zündung des Anzünders 28 lokal zerstört wird bzw. insbesondere an den Bereichen, wo es die Durchströmöffnungen 66, 68 abdeckt, aufgerissen wird.
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Ein Filter 82 ist in der Brennkammer 56 angeordnet, der hier ringförmig, im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und parallel zur Umfangswand 16 des Diffusors 14 mit einem geringen radialen Abstand zu dieser verläuft. Der Filter 82 erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte innere Höhe des Gasgenerators 10 und reicht hier vom Verschlusskörper 18 bis zur Stirnseite des Diffusors 14. Der Filter 82 ist aus einem Drahtgestrick oder Drahtgewirk, vorzugsweise mit unterschiedlich dicken Drähten, gebildet.
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In der Umfangswand 16 des Diffusors 14 sind mehrere, in diesem Beispiel zwölf, Ausströmöffnungen 86 ausgebildet, die gleichmäßig über den Umfang des Diffusors 14 verteilt und auf einer gemeinsamen axialen Höhe angeordnet und im Ruhezustand des Gasgenerators 10 mittels eines Dichtelements 84 verschlossen sind. Der Filter 82 trennt die Ausströmöffnungen 86 von der Brennkammer 56, so dass der Filter 82 stromaufwärts der Ausströmöffnungen 86 liegt. Nach einer Aktivierung des Gasgenerators 10 kann Abbrandgas bzw. Aufblasgas, welches durch den Abbrand des Treibstoffs 58 gebildet wird, aus der Brennkammer 56 durch den Filter 82 strömen und von diesem gereinigt und/oder abgekühlt werden, um danach das Dichtelement 84 im Bereich der Ausströmöffnungen 86 aufzubrechen und über diese nach außen in die Umgebung des Gasgenerators 10, insbesondere in einen aufzublasenden Gassack, abzuströmen.
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3 stellt die Kappe 60 im Detail dar. Die Kappe 60 weist mehrere Durchströmöffnungen 66 auf, die als erste Durchströmöffnungen 68 und zweite Druchströmöffnungen 70 zur Ausbildung einer Verbindung zwischen der Anzündkammer 62 und der Brennkammer 56 ausgebildet sind. In diesem Beispiel besteht die Kappe 60 aus Stahl, wobei hier andere Metalle oder auch Kunststoff denkbar wären. Sie ist am oberen Ende durch einen Kappenboden 61 geschlossen und am unteren Ende offen und hat eine im Wesentlichen zylindrische Seitenwand 69, in der alle Durchströmöffnungen 66, 68, 70 angeordnet sind. Es wäre auch denkbar, dass ein Teil der Durchströmöffnungen, insbesondere die ersten Durchströmöffnungen 68, im Bereich des Kappenbodens 61 angebracht sind. Die Kappe 60 ist am offenen Ende nach außen umgebogen, so dass sich dort ein relativ kurzer flanschartiger umlaufender Kragen ergibt. Die Kappe weist eine erste Öffnungsreihe 72 auf, die durch die Gesamtheit der ersten Durchströmöffnungen 68 und eine zweite Öffnungsreihe 74, welche durch die Gesamtheit der zweiten Durchströmöffnungen 70 gebildet ist, auf. Die erste und die zweite Öffnungsreihe 72, 74 liegen mit ihren entsprechenden ersten und zweiten Durchströmöffnungen 68, 70 in jeweils in einer entsprechenden ersten Ebene E1 und zweiten Ebene E2. Die erste und zweite Ebene E1, E2 und damit die erste und zweite Öffnungsreihe 72, 74 sind durch einen Abstand D (siehe 2), hier konkret 5,5 mm, entlang bzw. parallel der Längsachse L der Kappe 60 beabstandet. Die Durchströmöffnungen 66, 68, 70 sind als kreisrunde Öffnungen bzw. Löcher ausgebildet, können jedoch auch beliebig andere geometrische Formen aufweisen. Die ersten Durchströmöffnungen 68 sind hier untereinander gleich groß ausgebildet, konkret jeweils mit einem Durchmesser von 1,35 mm, haben jedoch verglichen mit der Gruppe der zweiten Druchströmöffnungen 70, welche untereinander ebenfalls gleich groß sind und je einen Durchmesser von 2,0 mm haben, eine geringere durchströmbare Querschnittsfläche. Konkret sind jeweils vier erste und zweite Durchströmöffnungen 68, 70 radial umlaufend mit jeweils gleichem Abstand untereinander angeordnet, wobei die ersten und zweiten Durchströmöffnungen 68, 70 zueinander gleichmäßig versetzt zueinander angebracht sind.
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Bei der Herstellung des Gasgenerators 10 nach 1 wird nach Einbringen der Verstärkerladung 64 in das Innere der Kappe 60 diese lediglich auf den Sockel 32 aufgeschoben und eventuell mit diesem verpresst oder unter Bildung eines Presssitzes aufgeschoben. Eine unlösbare Festlegung, wie beispielsweise ein Festschweißen ist nicht vorgesehen, womit die Kappe 60 generell als verschiebbar gelagert betrachtet werden kann. Dies führt dazu, dass sich bei der Aktivierung des Gasgenerators 10 und damit Zünden bzw. Aktivieren des Anzünders 28 die Kappe 60 in eine Verschieberichtung V (siehe 2), nämlich in Richtung nach oben, also vom Anzünder 28 weg, verschieben kann bzw. verschoben wird. Dies geschieht dadurch, dass die Verstärkerladung 64, nachdem sie durch den Anzünder 28 angezündet wurde, abbrennt und ein Anzündgas, das neben heißen Gasen auch heiße Partikel umfassen kann, entwickelt bzw. produziert, welches eine Druckerhöhung im Inneren der Kappe 60 bewirkt. Diese Druckerhöhung verursacht die Verschiebung bzw. Bewegung der Kappe 60. Die 1 zeigt den Gasgenerator 10 vor seiner Aktivierung bzw. bezüglich der Kappe 60 den Zeitpunkt, zu dem die Kappe 60 noch keine Verschiebung erfahren hat.
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In 2 ist dagegen die Verschiebung der Kappe 60, insbesondere deren maximale Verschiebung, bei bzw. nach Aktivierung des Gasgenerators 10 dargestellt. Der Übergang bzw. die Verschiebung der Kappe 60 von ihrer Ausgangsstellung, wie in 1 dargestellt, hin zu ihrer Endstellung bzw. maximalen Auslenkung bzw. Verschiebung, wie in 2 dargestellt, findet wie im Detail folgt statt. Bei Vorhandensein eines Auslösesignals in Form eines elektrischen Stromflusses von einem Steuergerät (nicht dargestellt), welches über die Kontaktstifte 40 des Anzünders 28 geleitet wird, wird der Anzünder 28 ausgelöst bzw. aktiviert und gibt heiße Anzündgase und/oder Partikel in die Anzündkammer 62 frei, wodurch die Verstärkerladung 64 entzündet wird und ebenfalls eine gewisse Menge an heißen Anzündgasen und/oder Partikel innerhalb der Anzündkammer 62 erzeugt, wodurch ein entsprechender Druckanstieg in der Anzündkammer 62 ausgebildet wird. Dieser Druckanstieg versetzt die verschiebbar gelagerte Kappe 60 in eine Bewegung in Richtung der Verschieberichtung V, welche von dem Anzünder 28 weggerichtet ist und im Wesentlichen parallel zu der Längsachse L der Kappe 60 und/oder parallel zur Mittelachse M des Gasgenerators 10 ausgerichtet ist.
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Es ist möglich, dass einige der Durchströmöffnungen 66, insbesondere die ersten Durchströmöffnungen 68, im Ruhezustand des Gasgenerators 10, also vor dessen Aktivierung, mit dem Verschlusselement 90 verschlossen sind. Hierbei kann das Verschlusselement 90 als ein ringförmiges Band bzw. in Form einer dünnen Folie aus Metall, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder Stahl, im Inneren der Kappe 60, aber auch auf deren Außenseite befestigt, insbesondere aufgeklebt, angeschweißt oder aufgelötet, sein. Das Verschlusselement 90 kann mehrere Aufgaben erfüllen. Zum einen kann es bewirken, dass sich nach Aktivierung des Anzünders 28 zunächst ein gewisser Innendruck innerhalb der Anzündkammer 62 aufbauen kann, damit dieser die Kappe 60 wunschgemäß in Verschiebungsrichtung verschieben bzw. bewegen kann. Zum anderen ist dadurch eine dichte Abtrennung zwischen Anzündkammer 62 und Brennkammer 56 möglich. Zudem kann sich ein genügend hoher Druck und/oder Menge bezüglich der erzeugten Menge an heißen Anzündgasen und/oder Partikeln noch innerhalb der Anzündkammer 62 ausbilden, um nach einer bestimmungsgemäßen Öffnung des Verschlusselements 90 im Bereich der ersten Durchströmöffnungen 68 durch diese hindurchzuströmen, um nachfolgend den Treibstoff 58 zu entzünden. Die erzeugte Menge an heißen Anzündgasen und/oder Partikeln innerhalb der Anzündkammer 62 strömt dabei sukzessive durch die ersten Durchströmöffnungen 68 hindurch, um in die Brennkammer 56 zu gelangen und dort den Treibstoff 58 anzuzünden.
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Im Falle, dass kein Verschlusselement 90 verwendet wird, können die heißen Anzündgase und/oder Partikel im Wesentlichen unmittelbar nach ihrer Erzeugung bzw. Ausbildung in der Anzündkammer 62 ungehindert durch die ersten Durchströmöffnungen 68 hindurch in die Brennkammer 56 strömen.
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In beiden vorgenannten Fällen, also bei einer Konstruktion mit oder ohne Verschlusselement 90 können heiße Anzündgase und/oder Partikel bereits durch die ersten Durchströmöffnungen 68 hindurch in die Brennkammer 56 strömen, bevor sich die Kappe 60 in Verschieberichtung V in Bewegung gesetzt hat. Anders ausgedrückt, kann bereits in einem Zustand des Gasgenerators 10 wie er in 1 gezeigt ist, also in einer Anfangsposition der Kappe 60 vor deren Verschiebung, nach Aktivierung des Anzünders 28 bereits heiße Anzündgase und/oder Partikel durch die ersten Durchströmöffnungen 68 gelangen, auch dann wenn ein Verschlusselement 90 verwendet wird, welches dementsprechend zuvor geöffnet werden muss bzw. wird.
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Wie bereits dargelegt, zeigt 1 mitunter auch eine Startposition der Kappe 60 vor einer Aktivierung des Gasgenerators 10 bzw. kurz danach, bei der noch keine Bewegung bzw. Verschiebung der Kappe 60 stattgefunden hat, wohingegen 2 bezüglich der Bewegung der Kappe 60 deren maximale Verschiebung bzw. Endstellung darstellt.
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Bezüglich der Verschiebung der Kappe 60 gibt es allerdings eine Vielzahl von Zwischenstellungen der Kappe 60, die als quasi Momentaufnahmen der jeweiligen Position der Kappe 60, welche zwischen den Kappenpositionen in 1 und 2 liegen, aufzufassen wären und hier nicht dargestellt sind.
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Wie in der Start-bzw. Ausgangsposition der Kappe 60 in 1 zu erkennen ist, sind dort anfangs alle zweiten Durchströmöffnungen 70 durch den Sockel 32 geschlossen. Demnach ist hier keine Fluidverbindung zwischen der Anzündkammer 62 und der Brennkammer 56 durch bzw. über die zweiten Durchströmöffnungen 70 gegeben. Hier ist die Kappe 60 derart eng bzw. dichtend und bezüglich ihrer axialen Längsachse L weit genug in Richtung des Verschlusskörpers 18 des Gasgenerators 10 auf den Sockel 32 aufgesteckt bzw. aufgeschoben, dass die komplette zweite Öffnungsreihe 74, die alle zweiten Durchströmöffnungen 70 umfasst, vom Inneren der Kappe 60 her durch den Sockel 32 dichtend abgedeckt bzw. verschlossen ist. Wird nun der Gasgenerator 10 mittels einer Aktivierung bzw. Auslösung des Anzünders 28 aktiviert, dann bildet sich, wie weiter oben schon beschrieben, zunächst ein gewisser Innendruck aus, der durch heiße Anzündgase und/oder Partikel aus dem Anzünder 28 und/oder durch weitere Abbrandprodukte, wie Gase und/oder Partikel, aus einem Abbrand der Verstärkerladung 64, resultiert. Unabhängig davon, ob ein Verschlusselement 90 verwendet und noch geöffnet werden muss, wird sich die Kappe 60 nach einer gewissen kurzen Zeit durch den ausgebildeten und gegebenenfalls noch weiter ansteigenden Innendruck in Verschieberichtung V in Bewegung setzen bzw. wird dorthin verschoben werden. Die Endposition dieser Verschiebung der Kappe 60 ist in 2 dargestellt.
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Nachdem einer Aktivierung des Gasgenerators 10 und Abbrand der Verstärkerladung 64 können also bereits in der in 1 gezeigten Position der Kappe 60, bei der noch keine Verschiebung der Kappe stattgefunden hat, heiße Abbrandprodukte (Gase und/oder Partikel) von der Anzündkammer 62 durch die ersten Durchströmöffnungen 68 hindurch in die Brennkammer 56 einströmen, gegebenenfalls nachdem eine optionales Verschlusselement 90 geöffnet wurde. Danach findet durch eine weitere Erhöhung des Innendrucks der Kappe 60 deren Verschiebung in Verschiebungsrichtung V statt. Spätestens dann, wenn sich die Kappe 60 in Bewegung gesetzt hat bzw. ihre Verschiebung eingesetzt hat, kann das vorgenannte Einströmen von Abbrandprodukten durch die ersten Durchströmöfnungen hindurch in die Brennkammer 56 beginnen. Hierbei werden auch die ersten Durchströmöffnungen 68 zwangsweise mit der Kappe 60 in Verschiebungsrichtung V mit verschoben und damit relativ zum Treibstoff 58 bewegt. Hierdurch kann vorteilhaft ein großer Bereich eines Treibstoffbetts, das aus dem Treibstoff 58 gebildet wird, von den Abbrandprodukten der Anzündkammer 62 angezündet werden. Anders ausgedrückt wird durch die Verschiebung der Kappe 60 und damit einer relativen Verschiebung der ersten Durchströmöffnungen 68 zu dem Treibstoff 58 ein relativ großflächiger Bereich des Treibstoffbetts bzw. eine möglichst große Vielzahl von einzelner den Treibstoff 58 ausbildenden Treibstoffkörper angezündet.
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Die Kappe 60 wird also von einer Startposition, wie sie in 1 gezeigt ist, in eine Verschiebeposition, wie sie in 2 dargestellt ist, sukzessive durch den Innendruck in der Kappe 60 verschoben bzw. in Verschieberichtung V bewegt. Hierbei werden auch zwangsläufig die in der Kappe 60 eingebrachten zweiten Durchströmöffnungen 70 in Verschieberichtung V sukzessive mitbewegt bzw. verschoben. Dies hat zur Folge, dass die Abdeckung der zweiten Durchströmöffnungen 70 durch den Sockel 32 auch sukzessive aufgehoben wird. Anders ausgedrückt, werden die zweiten Durchströmöffnungen 70 sukzessive für eine Fluidverbindung zwischen Anzünderkammer 62 und Brennkammer 56 freigegeben. Da die zweiten Durchströmöffnungen 70 durch die Verschiebung der Kappe 60 sukzessive in Verschieberichtung V von dem Sockel 32 wegbewegt werden, wird das Verschließen der zweiten Durchströmöffnungen 70 durch den Sockel 32 sukzessive aufgehoben, bis die zweiten Durchströmöffnungen 70 gänzlich frei für die Fluidverbindung sind, wie durch die Position der Kappe 60 und damit der zweiten Durchströmöffnungen 70 in 2 dargestellt ist.
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Somit wird nach der Aktivierung bzw. bei der bestimmungsgemäßen Funktion des Gasgenerators 10 zunächst lediglich die Fluidverbindung durch die ersten Durchströmöffnungen 68 zwischen der Anzündkammer 62 und der Brennkammer 56 ermöglicht und zeitlich danach, nämlich während und/oder nach der Verschiebung der Kappe 60, eine weitere Fluidverbindung durch die zweiten Durchströmöffnungen 70 zwischen der Anzündkammer 62 und der Brennkammer 56 ermöglicht bzw. ausgebildet.
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Durch die Konstruktion des Gasgenerators 10, insbesondere durch die Konstruktion der Kappe 60 mit ihren ersten und zweiten Durchströmöffnungen 68, 70 ist es somit möglich, zwei zeitlich versetzt wirksame Fluidverbindungen zwischen Anzündkammer 62 und Brennkammer 56 zu schaffen, einzig dadurch, dass lediglich die Kappe 60 verschoben wird. Insbesondere bedarf es hier keinerlei zusätzlichen Hülsen, Kappen oder Verschlussmittel, welche einen Teil der Durchströmöffnungen 66 abdecken bzw. bei Bedarf freigeben würden. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Konstruktion des erfindungsgemäßen Gasgenerators 10 bezüglich der Konstruktion bzw. Auslegung der Kappe 60 mit deren Anbindung innerhalb des Gasgenerators aber auch in Bezug zur gesamten Funktionalität des Gasgenerators gegenüber bekannten Gasgeneratoren entscheidende Vorteile bietet, wie nachfolgend beschrieben.
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Bei einem bekannten Gasgenerator, bei dem eine Kappe lediglich eine Gruppe von Durchströmöffnungen aufweist, welche im Wesentlichen zur gleichen Zeit eine bzw. eine einzige Fluidverbindung zwischen Anzündkammer und Brennkammer herstellen können, kann sich ein sehr hoher Innendruck, insbesondere mit nachteilig hohen Druckspitzen bzw. Druckmaxima, in der Kappe ausbilden. Dies erfordert eine nachteilige massive, aufwändige Ausgestaltung der gesamten Kappe und insbesondere deren Durchströmöffnungen selbst, da diese solchen Druckspitzen standhalten müssen und nachteilig stark mechanisch belastet werden.
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Nach Aktivierung des erfindungsgemäßen Gasgenerators 10 wird, nachdem sich im Inneren der Kappe 60 ein gewisser Innendruck aufgebaut hat, nach entsprechender Zeit ein zusätzlicher Druckablass, nämlich die Fluidverbindung durch die zweiten Durchströmöffnungen 70 hindurch, geschaffen, welcher ein weiteres Ansteigen des Innendrucks der Kappe 60 auf die vorgenannten nachteiligen hohen Druckspitzen bzw. Druckmaxima vermeidet. Anders ausgedrückt, können mit der zeitversetzten Fluidverbindung durch die zweiten Durchströmöffnungen 70 nachteilig hohe Druckspitzen bzw. Druckbelastungen der Kappe 60 vermieden bzw. quasi „abgeschnitten“ werden, wodurch sich eine gesamtheitlich betrachtet wesentlich sanftere bzw. geringere Belastung für die Kappe 60 und Durchströmöffnungen 66 ergibt.
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Zudem hat dies bezüglich der gesamten Funktionalität des Gasgenerators den Vorteil, dass bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator 10 der Treibstoff 58, insbesondere das Treibstoffbett, welches sich durch eine Vielzahl von einzelnen Treibstoffkörpern ergibt, sanfter bzw. schonender angezündet wird. Indem nämlich zunächst der Treibstoff 58 nur durch Abbrandprodukte (heiße Gase und/oder Partikel) angezündet wird, welche durch die ersten Durchströmöffnungen 68 von der Anzündkammer 62 in die Brennkammer 56 einströmen, wird zunächst nur ein Teil der in der Anzündkammer 62 insgesamt zur Verfügung stehenden Abbrandprodukte in die Brennkammer 56 abgegeben. Zeitlich versetzt kann danach ein weiterer Anteil der insgesamt zur Verfügung stehenden Abbrandprodukte durch die später geöffneten zweiten Durchströmöffnungen 70 quasi nachgeliefert werden bzw. in die Brennkammer 56 nachströmen. Der Abbrand des Treibstoffs 58 kann somit moderater, sanfter bzw. zeitlich gestreckt ablaufen. Dementsprechend kann Aufblasgas für einen an den Gasgenerator 10 angeschlossenen aufzublasenden Gassack (nicht dargestellt) in moderater Art und Weise bzw. zeitlich gestreckt zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere kann dadurch die weiter oben schon erwähnte „S-Slope“ Aufblascharakteristik mit dem erfindungsgemäßen Gasgenerator erreicht werden.
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Insbesondere kann der erfindungsgemäße Gasgenerator 10 derart ausgelegt sein, dass nach dessen Aktivierung die Kappe 60 in Verschieberichtung V bewegt wird und den Füllkörper 80 elastisch und/oder plastisch, insbesondere im Bereich des Kappenbodens 61, zusammenpresst bzw. verformt, wobei zunächst noch keine Verformung des Diffusors 14 stattfindet und die zweiten Durchströmöffnungen 70 der Kappe 60 noch durch den Sockel 32 verschlossen sind. Erst wenn der innere Druck des Gasgenerators 10 derart hoch wird, dass der Diffusor 14 beginnt sich zu verformen, wie weiter oben beschrieben, können im Wesentlichen zeitgleich die zweiten Durchströmöffnungen 70 der Kappe 60 geöffnet werden. Anders ausgedrückt kann die Verformung des Diffusors 14 zeitlich auf bzw. mit der Freigabe der zweiten Durchströmöffnungen 70 abgestimmt werden. Auch hierdurch kann die Aufblascharakteristik des Gasgenerators 10 beeinflusst und optimiert werden.
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Vergleicht man 1 mit 2 fällt auf, dass in 2 der Diffusor 14 als Teil des Außengehäuses des Gasgenerators 10 nach oben hin, also in Richtung weg von dem Anzünder 28 bzw. in Richtung der Verschieberichtung V der Kappe 60 nach außen hin gewölbt bzw. kalottenförmig ausgebaucht bzw. nach außen gebogen bzw. gewölbt ist. Diese Wölbung des Diffusors 14 resultiert durch einen im Inneren des Gasgenerators 10 ansteigenden Druck, welcher naturgemäß bei der Aktivierung bzw. bestimmungsgemäßen Funktion des Gasgenerators 10 ausgebildet wird. Im Detail heißt dies, dass im Inneren des Gasgenerators 10 während dessen Funktion durch verschiedene Vorgänge, insbesondere Umsetzung bzw. Abbrand verschiedener pyrotechnischer Elemente, sich der ansteigende innere Druck im Gasgenerator ausbildet. Gemeint ist damit, dass zum einen die Aktivierung des Anzünders 28 mit dem darauffolgenden Abbrand des Verstärkerladung 64 und zum anderen der dadurch ausgelöste Abbrand des Treibstoffs 58 jeweils einen Beitrag zu dieser im Inneren des Gasgenerators 10 stattfindenden Druckerhöhung beitragen. Das Außengehäuse des Gasgenerators 10, insbesondere der Diffusor 14, werden dadurch elastisch und/oder auch teilweise plastisch nach außen entsprechend ausgewölbt. Der Diffusor 14 wird dabei derart halbkuppelartig nach außen, insbesondere in Verschieberichtung V der Kappe 60, ausgebaucht, dass zumindest teilweise hierdurch erst der maximale Verschiebungsweg der Kappe 60, wie er in 2 zu sehen ist, ermöglicht wird.
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In anderen Worten ausgedrückt, wird der Diffusor 14, zumindest über eine gewisse Strecke, zeitlich mit oder sogar geringfügig zeitlich vor der Verschiebung der Kappe 60 ausgewölbt, um der Kappe 60 einen maximalen Verschiebeweg zu ermöglichen.
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Die 2 zeigt diesbezüglich auch eine bleibende Endform bzw. Endposition nach der Funktion des Gasgenerators. Zudem ist es aber auch möglich, dass nach der bestimmungsgemäßen Funktion bzw. Auslösung des Gasgenerators 10 der Diffusor 14 und/oder die Kappe 60 ein Stück weit wieder in die Gegenrichtung der Auswölbung des Diffusors bzw. der maximalen Verschiebung der Kappe 60 zurückfedern bzw. sich zurückbewegen können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gasgenerator
- 12
- Außengehäuse
- 14
- Diffusor
- 16
- Umfangswand
- 18
- Verschlusskörper
- 20
- Rand
- 22
- Schweißnaht
- 24
- Flansch
- 26
- Öffnung
- 28
- Anzünder
- 30
- Ringförmiger Abschnitt
- 32
- Sockel
- 34
- Einbuchtung
- 36
- Anzünderkappe
- 38
- Zündersteckeraufnahme
- 40
- Kontaktstifte
- 50
- Bodenabschnitt
- 52
- Vorsprung
- 54
- Vertiefung
- 56
- Brennkammer
- 58
- Treibstoff
- 60
- Kappe
- 61
- Kappenboden
- 62
- Anzündkammer
- 64
- Verstäkerladung
- 66
- Durchströmöffnung
- 68
- erste Durchströmöffnung
- 69
- Seitenwand
- 70
- zweite Durchströmöffnung
- 72
- Erste Öffnungsreihe
- 74
- Zweite Öffnungsreihe
- 80
- Füllkörper
- 82
- Filter
- 84
- Dichtelement
- 86
- Ausströmöffnung
- 90
- Verschlusselement
- M
- Mittelachse
- L
- Längsachse
- V
- Verschieberichtung
- D
- Abstand
- E1
- Erste Ebene
- E2
- Zweite Ebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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