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Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator eines Personenschutzsystems.
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Insbesondere für in einem Fahrzeuglenkrad angeordnete Fahrergassäcke werden kompakte Gasgeneratoren eingesetzt, die in einer Nabe des Lenkrads angeordnet sind. Das zylindrische Außengehäuse derartiger Gasgeneratoren ist breiter als hoch und ist beispielsweise aus zwei Halbschalen zusammengesetzt. Im Inneren des Gasgenerators ist ein pyrotechnischer Treibstoff angeordnet, der über die gesamte Lebensdauer des Gasgenerators vor Umwelteinflüssen, beispielsweise dem Eindringen von Feuchtigkeit, geschützt werden muss.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gasgenerator mit einem vereinfachten Schutz vor Umwelteinflüssen bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gasgenerator eines Personenschutzsystems gelöst, der ein Außengehäuse aufweist, das aus einem ersten und einem zweiten, jeweils topfförmigen Gehäuseteil zusammengesetzt ist. Jedes Gehäuseteil weist eine Umfangswand und einen Boden auf, und die Gehäuseteile sind an den offenen axialen Enden ihrer Umfangswände übereinander gestülpt, sodass die Umfangswand des ersten Gehäuseteils radial innerhalb der Umfangswand des zweiten Gehäuseteils liegt. Zwischen den Umfangswänden ist eine Ringkammer gebildet. Im ersten Gehäuseteil ist eine Brennkammer ausgebildet, in der ein pyrotechnischer Treibstoff und eine Anzündeinheit zum Anzünden des pyrotechnischen Treibstoffs aufgenommen sind. Ein Verschlusselement ist an einem die Umfangswand des ersten Gehäuseteils axial begrenzenden Rand befestigt und verschließt das erste Gehäuseteil gasdicht, wobei das Verschlusselement so ausgebildet ist, dass es nach dem Aktivieren der Anzündeinheit aufreißt und das Gas in die Ringkammer und von dieser in die Umgebung des Gasgenerators strömt.
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Das Verschlusselement dichtet die Brennkammer gegen Umwelteinflüsse und das Eindringen von Feuchtigkeit ab. Durch die Anordnung des Verschlusselements am Rand der Umfangswand des ersten Gehäuseteils kann das gesamte Innere des ersten Gehäuseteils und insbesondere die gesamte Brennkammer mit nur einem einzigen Bauteil abgedichtet werden. Es ist daher möglich, den Gasgenerator so auszulegen, dass das Verschlusselement die einzige Abdichtung im Gasgenerator bildet. Dies verringert die Anzahl der Komponenten des Gasgenerators und vereinfacht die Herstellung, was die Fertigungskosten reduziert.
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Die Brennkammer nimmt vorzugsweise den gesamten Treibstoff des Gasgenerators inklusive der Anzündeinheit und einer optionalen Verstärkerladung auf.
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Das zweite Gehäuseteil dient in der Regel als Diffusor, um das aus der Brennkammer austretende Gas in den Gassack zu leiten. Vorzugsweise sind am zweiten Gehäuseteil, insbesondere in dessen Umfangswand, Abströmöffnungen zur Umgebung des Gasgenerators ausgebildet. Da die Brennkammer im ersten Gehäuseteil durch das Verschlusselement gasdicht verschlossen ist, ist es nicht erforderlich, diese Abströmöffnungen zu verschließen oder zu versiegeln.
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Die Brennkammer erstreckt sich vorzugsweise ringförmig um die Anzündeinheit herum. Generell kann der Gasgenerator im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut sein.
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Das Verschlusselement ist vorzugsweise eine Membran, insbesondere eine Berstmembran. Bevorzugt weist das Verschlusselement wenigstens eine Sollbruchstelle auf, beispielsweise eine mittige Kreuzprägung, an der es bei einer Aktivierung des Gasgenerators aufgrund des in der Brennkammer entstehenden erhöhten Innendrucks aufreißt. Nach dem Öffnen des Verschlusselements kann das Gas aus der Brennkammer in die Ringkammer und von dort in die Umgebung des Gasgenerators, also normalerweise den Gassack, abströmen.
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Die Membran ist beispielsweise eine Folie, insbesondere eine Metallfolie.
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Zur Verbindung der beiden Gehäuseteile ist beispielsweise die Umfangswand des zweiten Gehäuseteils an ihrem dem Boden abgewandten axialen Ende mit der Umfangswand ersten Gehäuseteils verschweißt. So sind die beiden Gehäuseteile sicher aneinander befestigt. Die Verbindung kann schnell und kostengünstig erfolgen, indem die beiden Gehäuseteile ineinandergesteckt und miteinander verschweißt werden.
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Wenn der Boden des zweiten Gehäuseteils so federnd ausgebildet ist, dass er beim Ausströmen des Gases aus der Brennkammer axial, also senkrecht zu den Böden, nachgibt, kann sich ein Abstand des Bodens zum Rand der Umfangswand des ersten Gehäuseteils vergrößern, um eine Überströmöffnung von der Brennkammer zur Ringkammer zu bilden oder zu vergrößern. In diesem Bereich sind die beiden Gehäuseteile daher nicht fest miteinander verbunden. Das Entstehen oder die Vergrößerung der Überströmöffnung erfolgt durch die Verformung insbesondere des zweiten Gehäuseteils.
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Um diese Federwirkung zu erreichen, weist der Boden des zweiten Gehäuseteils beispielsweise eine zur Brennkammer gerichtete Wölbung auf. Die Wölbung verläuft insbesondere bis zum Rand der Umfangswand des ersten Gehäuseteils, um auch an dieser Stelle eine Verformung zu bewirken und damit die Überströmöffnung (weiter) zu öffnen. Beispielsweise öffnet oder erweitert sich ein Ringspalt zwischen dem Rand der Umfangswand des ersten Gehäuseteils und dem Boden des zweiten Gehäuseteils, indem sich der Boden des zweiten Gehäuseteils nach oben verformt. Dieser Ringspalt bildet vorzugsweise die einzige Überströmöffnung zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil.
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Der Gasaustritt nach außen ist durch die Wahl der Form und Steifigkeit des zweiten Gehäuseteils sehr exakt einstellbar, da diese die Gegenkraft, die das zweite Gehäuseteil gegen den ansteigenden Innendruck in der Brennkammer entgegensetzt, vorgeben. Der Brennkammerdruck kann dabei relativ niedrig eingestellt werden.
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Vor der Aktivierung des Gasgenerators kann der Boden des zweiten Gehäuseteils das Verschlusselement zumindest abschnittsweise berühren, insbesondere in einem radial äußeren Bereich der Wölbung. So lässt sich ein definiertes Öffnen des Verschlusselements unterstützen.
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Die Verformung des zweiten Gehäuseteils ist vorzugsweise elastisch, kann aber auch zumindest teilweise plastisch sein.
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In einer bevorzugten Variante ist die Anzündeinheit von einer Hülse umgeben, unter Bildung einer Innenkammer, in der eine Verstärkerladung aufgenommen ist.
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Die Hülse trennt die Verstärkungsladung vom restlichen Treibstoff in der Brennkammer und steuert so ein anfängliches Abbrandverhalten des Treibstoffs.
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Vorzugsweise hat die Hülse einen gegenüber des Verschlusselements positionierten, zur Innenkammer hin gewölbten Boden. Durch eine Verformung dieser Wölbung axial nach außen von der Innenkammer weg kann ein sogenannter Anzündschlag unmittelbar nach der Aktivierung der Anzündeinheit und/oder Anzünden der Verstärkerladung abgemildert werden. Auf diese Weise wird eine Umfangswand der Hülse weniger stark belastet.
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Die Außenseite des Bodens der Hülse kann das Verschlusselement kontaktieren und kann hier fixiert, beispielsweise stellenweise verschweißt, sein.
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In der Brennkammer ist im Bereich des Verschlusselements vorzugsweise mindestens ein Filterelement angeordnet. Dies ermöglicht, das aus der Brennkammer austretende Gas vor dem Durchtritt durch die sich öffnende ringspaltförmige Überströmöffnung zu filtern.
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Das Filterelement kann in einer Variante direkt am Verschlusselement angeordnet sein.
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Die Ringkammer kann dann filterfrei ausgebildet sein, was wiederum die Fertigung vereinfacht und den Gasgenerator kostengünstiger macht. Vorzugsweise ist das Filterelement in der Brennkammer der einzige Filter im Gasgenerator.
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Das Federelement in der Brennkammer dient vorzugsweise auch gleichzeitig als Volumenausgleich für den Treibstoff in der Brennkammer und hält diesen über die Lebensdauer des Gasgenerators in Position.
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Es ist möglich, das erste Gehäuseteil komplett mit der Anzündeinheit, dem Treibstoff sowie gegebenenfalls der Hülse und der Verstärkerladung sowie dem Filterelement zu versehen und mit dem Verschlusselement am Rand der Umfangswand gasdicht zu verschließen. Die so vorgefertigte Untereinheit kann separat transportiert, gelagert und weiterverarbeitet werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. In den Figuren zeigen:
- - 1 eine schematische perspektivische, teilgeschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Gasgenerators;
- - 2 den Gasgenerator aus 1 in einer teilgeschnittenen Ansicht;
- - 3 und 4 Schritte bei der Herstellung des Gasgenerators aus 1;
- - 5 und 6 schematische Darstellungen einer Untereinheit des Gasgenerators aus 1; und
- - 7 eine schematische teilgeschnittene Ansicht des Gasgenerators aus 1 vor einem letzten Herstellungsschritt.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht immer alle identischen Komponenten mit Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen einen Gasgenerator 10 eines Personenschutzsystems, der insbesondere zum Einsatz in einem Lenkrad eines Fahrzeugs zum Füllen eines Fahrergassacks konzipiert ist.
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Der Gasgenerator 10 hat ein im Wesentlichen zylindrisches Außengehäuse 12, das aus zwei anfänglich separaten Gehäuseteilen 14, 16 zusammengesetzt ist.
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Jedes der beiden Gehäuseteile 14, 16 ist generell topfförmig und umfasst eine Umfangswand 18, 20 sowie einen an einem axialen Ende der Umfangswand 18, 20 einstückig mit dieser verbundenen Boden 22, 24.
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Die beiden Gehäuseteile 14, 16 sind so ineinander gestülpt, dass ihre Böden 22, 24 parallel und entlang einer Axialrichtung A des Gasgenerators 10 entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Das dem Boden 22 abgewandte axiale Ende 26 der Umfangswand 18 des ersten Gehäuseteils 14 liegt benachbart dem Boden 24 des zweiten Gehäuseteils 18. Das dem Boden 24 abgewandte axiale Ende 28 der Umfangswand 20 des zweiten Gehäuseteils 16 liegt benachbart dem Boden 22 des ersten Gehäuseteils 16. Die Umfangswand 18 des ersten Gehäuseteils 14 liegt dabei radial innerhalb der Umfangswand 20 des zweiten Gehäuseteils 16. Der Gasgenerator 10 erhält so eine flache, zylindrische Außenkontur, die breiter als hoch ist.
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In dem an das axiale Ende 26 anschließenden Bereich, ist die Umfangswand 18 des ersten Gehäuseteils 14 radial nach innen versetzt, während die Umfangswand 20 des zweiten Gehäuseteils 16 gerade entlang der Axialrichtung A verläuft. Auf diese Weise ist zwischen den beiden Umfangswänden 18, 20 eine Ringkammer 30 gebildet, die um die Umfangswand 18 des ersten Gehäuseteils 14 umläuft.
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Die beiden Gehäuseteile 14, 16 sind am axialen Ende 26 der Umfangswand 18 des ersten Gehäuseteils 14 nicht miteinander verbunden, insbesondere nicht miteinander verschweißt.
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Der Boden 24 des zweiten Gehäuseteils 16 ist federnd ausgebildet, in diesem Beispiel dadurch, dass er eine zum ersten Gehäuseteil 14 gerichtete Wölbung 31 aufweist.
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Im Bereich des axialen Endes 28 der Umfangswand 20 des zweiten Gehäuseteils 16 liegt die Umfangswand 20 flächig an der Umfangswand 18 des ersten Gehäuseteils 14 an und ist an dieser Stelle fest und bleibend mit dem ersten Gehäuseteil 14 verschweißt.
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Im Bereich des axialen Endes 28 ist auch ein radial abstehender Befestigungsflansch 32 angeordnet, der hier als separates Bauteil ausgeführt und radial außerhalb der Umfangswand 20 des zweiten Gehäuseteils 18 angeordnet und mit dieser verschweißt ist.
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Die Umfangswand 18 und der Boden 22 des ersten Gehäuseteils 14 bilden eine Brennkammer 34, in der ein geeigneter pyrotechnischer Treibstoff 36, beispielsweise in Tablettenform, aufgenommen ist.
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Der Boden 22 weist eine mittige Aufnahmeöffnung 38 auf, in die gasdicht abgedichtet eine Anzündeinheit 40 eingesetzt ist. Die Anzündeinheit 40 ist zur elektrischen Kontaktierung von außen zugänglich (siehe 2).
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Ein radialer Wulst 42 am Außenumfang der Anzündeinheit 40 liegt an einem gewölbten Rand 44 der Aufnahmeöffnung 38 an und sichert die Anzündeinheit 40 in Axialrichtung A in der Brennkammer 34.
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Eine Hülse 46 ist auf das in die Brennkammer 34 ragende axiale Ende der Anzündeinheit 40 aufgesteckt. In einer zwischen der Anzündeinheit 40 und der Hülse 46 gebildeten Innenkammer 48 ist eine Verstärkerladung 50 aufgenommen.
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Die Hülse 46 hat eine zylindrische Umfangswand 52, die an einem axialen Ende der Hülse 46 in einen Boden 54 übergeht. Das entgegengesetzte axiale Ende des Hülse 46 ist offen und auf die Anzündeinheit 40 aufgesteckt.
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Der Boden 54 weist eine Wölbung 56 auf, die axial nach innen zur Innenkammer 48 gerichtet ist.
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In der Umfangswand 52 der Hülse 46 sind eine oder mehrere Überströmöffnungen 58 ausgebildet, die eine Strömungsverbindung von der Innenkammer 48 zur Brennkammer 34 bilden.
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Die Umfangswand 20 des zweiten Gehäuseteils 16 weist mehrere Abströmöffnungen 60 auf, die die Ringkammer 30 mit der Umgebung des Gasgenerators 10 verbinden.
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Das axiale Ende 26 des ersten Gehäuseteils 14 bildet einen umfangsmäßig umlaufenden Rand 62. Ein flächiges Verschlusselement 64 ist an seinem Außenumfang umlaufend gasdicht am Rand 62 fixiert und überdeckt die gesamte Brennkammer 34 sowie die Hülse 46. Das Verschlusselement 64 verschließt die Brennkammer 34 am axialen Ende 26 des ersten Gehäuseteils 14 gasdicht (siehe auch 5 und 6). Das Verschlusselement 64 deckt die gesamte durch den Rand 62 der Umfangswand 18 gebildete Öffnung des ersten Gehäuseteils 14 ab.
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Das Verschlusselement 64 ist eine Membran, beispielsweise eine dünne, flexible Metallfolie. In diesem Beispiel ist das Verschlusselement 64 als Berstmembran ausgebildet und weist eine geeignete Schwächungszone 66 auf, beispielsweise in Form einer mittigen Kreuzprägung (angedeutet in 6).
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Im Bereich des axialen Endes 26 der Umfangswand 18 des ersten Gehäuseteils 14 kann das Verschlusselement 64 an der Innenseite des Bodens 24 des zweiten Gehäuseteils 16 anliegen oder geringfügig von diesem beabstandet sein.
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Der Boden 54 der Hülse 46 kann am Verschlusselement 64 anliegen und dort gegebenenfalls fixiert, beispielsweise verschweißt, sein.
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An der zur Brennkammer 34 gerichteten Seite ist hier am Verschlusselement 64 ein ringförmiges Filterelement 68 angeordnet, das die Hülse 46 umgibt. Das Filterelement 68 ist so flexibel gestaltet und hat eine so große axiale Ausdehnung, dass es auch als Füllkörper in der Brennkammer 34 dient und eine axiale Vorspannkraft auf den pyrotechnischen Treibstoff 36 ausübt.
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In dem hier dargestellten Beispiel bildet das Filterelement 68 den einzigen Filter im Gasgenerator 10.
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Um den Gasgenerator 10 herzustellen, wird zuerst die Anzündeinheit 40 vom axialen Ende 26 des ersten Gehäuseteils 14 her in die Aufnahmeöffnung 38 eingesetzt, bis der Wulst 42 am gewölbten Rand 44 des Bodens 22 des ersten Gehäuseteils 14 anliegt. Die Anzündeinheit 40 wird auf geeignete Weise gasdicht mit dem Boden 22 verbunden (siehe 3).
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In einem nächsten Schritt wird die Hülse 46 zusammen mit der Verstärkerladung 50 auf die Anzündeinheit 40 aufgesteckt (siehe 4).
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Nun wird der pyrotechnische Treibstoff 36 in die Brennkammer 34 eingebracht.
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Anschließend wird das Verschlusselement 64 zusammen mit dem Filterelement 68 auf den Rand 62 der Umfangswand 18 des ersten Gehäuseteils 14 aufgelegt.
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Alternativ hierzu kann auch zunächst das Filterelement 68 auf den Treibstoff 36 aufgepresst werden, um eine gewisse Vorspannkraft auf diesen ausüben, und in einem nachfolgenden Schritt kann das Verschlusselement 64, separat zu dem Filterelement 68, auf den Rand 62 der Umfangswand 18 des ersten Gehäuseteils 14 aufgelegt werden.
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Anschließend wird das Verschlusselement 64 umlaufend entlang des Rands 62 fest an der Umfangswand 18 des ersten Gehäuseteils gasdicht befestigt, z.B. verschweißt. Die so entstandene Untereinheit 70 des Gasgenerators 10 ist in den 5 und 6 dargestellt. Diese Untereinheit 70 kann als eigenständiges Bauteil transportiert und gelagert werden.
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Um den Gasgenerator 10 fertig zu stellen, wird lediglich noch das zweite Gehäuseteil 16 auf die Untereinheit 70 aufgesetzt und am axialen Ende 28 der Umfangswand 20 des zweiten Gehäuseteils 16 mit dem ersten Gehäuseteil 14 verschweißt (siehe 7). Abschließend wird noch der Befestigungsflansch 32 am zweiten Gehäuseteil 18 fixiert.
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Wird der Gasgenerator 10 aktiviert, wird zunächst ein pyrotechnischer Treibstoff in der Anzündeinheit 40 angezündet. Diese öffnet sich daraufhin wie herkömmlich bekannt an einer vorgegebenen Schwächungszone (angedeutet in 1) und entzündet die Verstärkerladung 50 in der Innenkammer 48.
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Aufgrund des daraufhin in der Innenkammer 48 schlagartig ansteigenden Gasdrucks verformt sich die Wölbung 56 des Bodens 54 der Hülse 46 axial in Richtung zum Boden 24 des zweiten Gehäuseteils 16 hin, wodurch der sogenannte Anzündschlag abgemildert und die Umfangswand 52 der Hülse 46 entlastet wird.
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Aus der Innenkammer 48 strömt das Gas durch die Überströmöffnungen 58 in die Brennkammer 34 und zündet dort den pyrotechnischen Treibstoff 36 an.
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Der Anstieg des Gasdrucks in der Brennkammer 34 bewirkt ein Aufreißen des Verschlusselements 64 an der Schwächungszone 66 sowie eine elastische und/oder plastische Verformung des Bodens 24 des zweiten Gehäuseteils 16, wobei sich die Wölbung 31 axial nach außen anhebt. Aufgrund dieser Verformung entsteht oder erweitert sich eine Überströmöffnung 72 in Form eines Ringspalts zwischen dem Rand 62 am axialen Ende 26 der Umfangswand 18 des ersten Gehäuseteils 14 und dem Boden 24 des zweiten Gehäuseteils 16, durch den das Gas in die Ringkammer 30 gelangt. Die Dicke des Verschlusselements 64, das am Rand 62 befestigt bleibt, ist so gering, dass sie bei dieser Betrachtung vernachlässigbar ist.
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Aus der Brennkammer 34 gelangt das Gas dann durch die Abströmöffnungen 60 in die Umgebung des Gasgenerators 10, also in der Regel in einen Gassack.
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Die Gasabströmung aus der Brennkammer 34 ist durch die geeignete Wahl der geometrischen Form der beiden Gehäuseteile 14, 16 und deren sich daraus ergebenden Verformung sehr präzise einstellbar.
