DE19631314B4

DE19631314B4 - Hybrid-Gasgenerator

Info

Publication number: DE19631314B4
Application number: DE1996131314
Authority: DE
Inventors: Lothar Anacker; Karl Dipl.-Ing. Bayer; Eduard Berenz; Uwe Dipl.-Ing. Brede; Anton Bretfeld; Josef Dipl.-Ing. Kraft; Gerrit Scheiderer; Waldemar Dr. Weuter; Jiang Dr. Zhang
Original assignee: Dynamit Nobel AG; Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik
Current assignee: Dynamit Nobel AG; Dynamit Nobel GmbH Explosivstoff und Systemtechnik
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2016-08-03
Also published as: DE19631314A1

Abstract

Hybrid-Gasgenerator mit einer in einer Brennkammer (10) enthaltenen anzündbaren gaserzeugenden Feststoffladung (11), einer ein Gas enthaltenden Speicherkammer (15), die mit einem Schließelement (18) verschlossen ist, und einem die Brennkammer (10) begrenzenden Kolben (14), der unter dem Gasdruck der abbrennenden Feststoffladung (11) das Schließelement (18) öffnet und einen Durchlass (23) freigibt, der die Brennkammer (10) mit einer Mischkammer (19) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (18) einen Sitz (22) versperrt, in den ein Ansatz (14a) des Kolbens (14) passend eindringt, und dass der Kolben (14) einen Kanal (24) enthält, der nach dem Öffnen des Schließelements (18) die Speicherkammer (15) mit der Mischkammer (19) verbindet, wobei die Brennkammer (10) und die Speicherkammer (15) durch getrennte Wege mit der Mischkammer (19) verbunden werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Gasgenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der gattungsbildenden EP 0 616 578 B1 ist ein Hybrid-Gasgenerator für Airbags bekannt, der in einer Brennkammer eine anzündbare Feststoffladung und in einer Speicherkammer ein unter Druck stehendes Gas enthält. Beim Auslösen des Gasgenerators zündet ein Anzündelement die Feststoffladung. Durch die entstehenden Brenngase wird ein hohler Kolben angetrieben, der ein die Speicherkammer verschließendes Schließelement durchstößt, wodurch das in der Speicherkammer enthaltene unter Druck stehende Gas zum Auslass ausströmen kann. Ferner strömen die von der Feststoffladung erzeugten Brenngase in die Speicherkammer ein, wo sie sich mit dem Druckgas vermischen. Beim Zerstören des Schließelementes strömt zunächst kaltes Druckgas zum Auslass. Dadurch wird verhindert, dass die heißen Brenngase zuerst in den Airbag gelangen. Anschließend strömt ein Gemisch aus Kaltgas und Brenngas in den Airbag ein. Die Funktionsweise des bekannten Gasgenerators hängt wesentlich von der Art der Zerstörung des Schließelements ab. Wenn diese Zerstörung unvollständig ist, wird der Weg von der Speicherkammer zum Auslass durch Reste des Schließelements teilweise versperrt. Ferner wird der Strömungsquerschnitt dieses Weges durch den vorgeschobenen Kolben reduziert.

Ferner ist aus EP 0 669 231 A2 ein Hybrid-Gasgenerator bekannt, bei dem zwischen einer die Feststoffladung enthaltenden Brennkammer und einer ein Druckgas enthaltenden Speicherkammer eine Mischkammer angeordnet ist. Die Brennkammer und die Speicherkammer sind durch Dichtscheiben abgedichtet, welche durch die Brenngase der Feststoffladung zerstört werden. Hierbei dringen das Brenngas und das Kaltgas aus entgegengesetzten Richtungen in die Mischkammer ein, wodurch das Ausströmen behindert wird. Ferner tritt zuerst das schadstoffbeladene heiße Brenngas aus, weil die Dichtscheibe der Brennkammer als erste zerstört wird.

In DE 4241221 A1 und DE 4135547 A1 ist jeweils ein Flüssiggas enthaltender Gasgenerator beschrieben, der einen durch ein Schließelement verschlossenen Flüssiggastank aufweist, und nach dem Anzünden einer gaserzeugenden Feststoffladung wird ein Kolben beschleunigt, der das Schließelement zerstört. Daraufhin tritt das aus dem Flüssiggastank entweichende Gas in die Brennkammer ein, in der sich auch die Verbrennungsgase befinden. Dabei findet eine Vermischung des Flüssiggases mit den Verbrennungsgasen statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hybrid-Gasgenerator zu schaffen, der ein reproduzierbares und sicheres Gasaustrittsverhalten aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerator wird beim Abbrennen der gaserzeugenden Feststoffladung ein Kolben bewegt, der dabei einen Durchlass freigibt, der von der Brennkammer unmittelbar in eine Mischkammer mündet. Ferner zerstört der Kolben bei seiner Bewegung ein Schließelement, das in einem Sitz befestigt ist, in den der Kolben passend eindringt. Dies bedeutet, dass der Kolben den Sitz ausfüllt, so dass keine Nebenwege am Kolben vorbei vorhanden sind. Der Kolben enthält einen Kanal, der nach dem Zerstören des Schließelements die Speicherkammer mit der Mischkammer verbindet. Dadurch wird insgesamt erreicht, dass die Brennkammer und die Speicherkammer auf getrennten Wegen mit der Mischkammer verbunden werden, so dass die in die Mischkammer eintretenden Strömungen sich nicht gegenseitig behindern.

Vorzugsweise ist der von der Brennkammer in die Mischkammer führende Durchlass in Form mindestens einer Öffnung ausgebildet, die in der den Kolben führenden Brennkammerwand angeordnet ist. Hierbei ergibt sich eine vom Kolbenweg abhängige Steuerung des Öffnungsverhaltens des Durchlasses. Alternativ hierzu kann der Durchlass von einem durch den Kolben hindurchgehenden weiteren Kanal gebildet werden, der ein durch die abbrennende Feststoffladung zerstörbares weiteres Schließelement enthält oder auf seinem Weg ein solches Schließelement öffnet.

Die Mischkammer umgibt die Speicherkammer, wobei die in die Mischkammer einströmenden Gase die Mischkammer axial durchströmen und gründlich durchmischt werden, bevor sie den Auslass des Gasgenerators erreichen.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Gasgenerators im nicht-ausgelösten Zustand,
2 den Gasgenerator nach 1 im ausgelösten Zustand,
3 und 4 eine zweite Ausführungsform des Gasgenerators und
5 eine dritte Ausführungsform.
Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Gasgenerator ist eine Brennkammer 10 vorgesehen, die eine anzündbare Feststoffladung 11 enthält. In die Feststoffladung 11 ist ein Anzündelement 12 eingesetzt, das beispielsweise elektrisch gezündet werden kann, um die Feststoffladung anzuzünden.
Die Brennkammer 10 ist von einer zylindrischen Brennkammerwand 13 umgeben und enthält einen Kolben 14, der axial zur Brennkammer 10 bewegbar ist und den Querschnitt der Brennkammer vollständig ausfüllt. Die Brennkammerwand 13 bildet einen Zylinder zur Führung des Kolbens 14, wobei der Kolben 14 an der Brennkammerwand 13 im Wesentlichen abdichtend anliegt.
In axialer Verlängerung der Brennkammer 10 ist eine Speicherkammer 15 angeordnet, die ein unter Druck stehendes Speichergas oder ein Flüssiggas enthält. Die Speicherkammer 15 ist von einem Speicherbehälter 16 umschlossen, der nach Art einer langgestreckten Dose ausgebildet ist und an einer Stirnseite eine Öffnung 17 aufweist. Diese Öffnung ist von einem zerstörbaren Schließelement 18 verschlossen. Das Schließelement 18 besteht beispielsweise aus einer Membran oder einer Metallplatte, die eine Sollbruchlinie aufweist. Das Schließelement 18 verschließt die Speicherkammer 15 druckdicht.
Die Brennkammer 10 und die Speicherkammer 15, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, sind von einer Mischkammer 19 umgeben, die die beiden Kammern koaxial umschließt und von einer umlaufenden Gehäusewand 20 begrenzt wird. Die Mischkammer ist an demjenigen Ende, das der Brennkammer 10 abgewandt ist, mit radialen Auslassöffnungen 21 versehen, durch die das Gasgemisch aus dem Gasgenerator ausströmen kann, um einen Luftsack aufzublasen.
Der Kolben 14 weist einen in Richtung auf die Speicherkammer 15 abstehenden Ansatz 14a auf, der nach dem Zerstören des Schließelements 18 passend in die Öffnung 17 eintauchen kann. Die Öffnung 17 bildet somit einen Sitz 22, der durch den Ansatz 14a des Kolbens 14 dicht verschlossen werden kann.
In der Brennkammerwand 13 befindet sich mindestens eine Öffnung 23, die die Brennkammer 10 mit der Mischkammer 19 verbindet und von dem in der Rückzugsposition befindlichen Kolben 14 verschlossen ist. Beim Vorschieben des Kolbens 14 wird die Öffnung 23 freigelegt, so dass Gas aus der Brennkammer 10 in die Mischkammer 19 einströmen kann.
Der Kolben 14 enthält ferner einen Kanal 24, der von der Stirnfläche des Ansatzes 14a abgeht und zur Umfangsfläche des Kolbens führt. Dieser winkelförmige Kanal 24 wird in der Rückzugsstellung des Kolbens 14 (1) durch die Brennkammerwand 13 verschlossen und er steht in der Vorschubstellung des Kolbens (2) mit einer Öffnung 25 der Brennkammerwand 13 in Verbindung, um die Speicherkammer 15 mit der Mischkammer 19 zu verbinden. Der Durchlass 23 und die Öffnung 25 befinden sich an entgegengesetzten Stellen der Brennkammerwand 13, so dass die aus der Brennkammer 10 austretenden Heißgase und das aus der Speicherkammer 15 austretende kalte Gas zunächst an unterschiedlichen Stellen in die Mischkammer 19 eingeleitet werden und sich dann während des axialen Durchlaufes durch die Mischkammer miteinander mischen.
Im Ruhezustand gemäß 1 befindet sich der Kolben 14 in der Rückzugsposition in Anlage an der Feststoffladung 11, wobei der Durchlass 23 verschlossen wird und der Ansatz 14a einen axialen Abstand von dem Schließelement 18 hat. Hierbei ist der Durchlass 23 durch die Umfangsfläche des Kolbens verschlossen und der Kanal 24 des Kolbens 14 ist durch die Brennkammerwand 13 verschlossen. Nach dem Zünden wird durch die sich entwickelnden Brenngase der Kolben 14 vorgetrieben, wobei sein Ansatz 14a das Schließelement 18 zerstört bzw. aufdrückt und gleichzeitig den Sitz 17 ausfüllt. In dieser vorderen Endstellung gemäß 2 wird der Kolben 14 gegen Zurückweichen arretiert. Der Kolben 14 gibt nunmehr den Durchlass 23 frei und sein Kanal 24 befindet sich in Ausrichtung mit der Öffnung 25.
Das Ausführungsbeispiel der 3 und 4 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass anstelle der Öffnung 25 ein einziger Durchlass 23a vorgesehen ist, der in der Arbeitsstellung des Kolbens 14 sowohl die Brennkammer 10 als auch die Speicherkammer 15 mit der Mischkammer 19 verbindet. Der Kolben 14 wird in seiner Endstellung nicht arretiert und kann daher durch den Druck der Speicherkammer 15 zurückgedrückt werden. In der vorderen Endstellung des Kolbens 14 (3) wird der Kanal 24 durch den Durchlass 23a gedrosselt, so dass der Anteil der heißen Brenngase zunächst relativ groß ist, während der Anteil des kalten Speichergases gering ist. Bei Nachlassen des Druckes in der Brennkammer 10 wird unter dem Druck des Speichergases der Kolben 14 zurückgeschoben, wobei sich der Anteil des in die Mischkammer strömenden Speichergases erhöht, während sich der Anteil der Brenngase verringert. Auf diese Weise erfolgt ein druckabhängiges Entleeren der Speicherkammer 15.
Das Ausführungsbeispiel von 5 unterscheidet sich von demjenigen der 3 und 4 dadurch, dass die Rückbewegung des Kolbens durch die Kraft einer Feder 26 verzögert wird. Diese Feder 26 ist in der Brennkammer 11 angeordnet und wirkt auf die Druckseite des Kolbens 14 ein.
Wenn dagegen die Rückbewegung des Kolbens 14 verzögert werden soll, kann in der den Ansatz 14a umgebenden Kammer 27 eine Feder vorgesehen sein. Diese Feder kann als mechanische Feder oder auch als Gasdruckfeder ausgebildet sein. Wird eine derartige Feder nicht gewünscht, kann der Raum 27 durch eine (nicht dargestellte) Entlüftungsbohrung mit der Umgebung verbunden sein.
Ferner ist gemäß 5 am Auslass der Mischkammer 19 ein Filter 28 angeordnet, das die in den Brenngasen enthaltenen Feststoffbestandteile zurückhält. Derartige Filter können auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein.

Claims

Hybrid-Gasgenerator mit einer in einer Brennkammer (10) enthaltenen anzündbaren gaserzeugenden Feststoffladung (11), einer ein Gas enthaltenden Speicherkammer (15), die mit einem Schließelement (18) verschlossen ist, und einem die Brennkammer (10) begrenzenden Kolben (14), der unter dem Gasdruck der abbrennenden Feststoffladung (11) das Schließelement (18) öffnet und einen Durchlass (23) freigibt, der die Brennkammer (10) mit einer Mischkammer (19) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (18) einen Sitz (22) versperrt, in den ein Ansatz (14a) des Kolbens (14) passend eindringt, und dass der Kolben (14) einen Kanal (24) enthält, der nach dem Öffnen des Schließelements (18) die Speicherkammer (15) mit der Mischkammer (19) verbindet, wobei die Brennkammer (10) und die Speicherkammer (15) durch getrennte Wege mit der Mischkammer (19) verbunden werden.
Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass (23) in der den Kolben (14) führenden Brennkammerwand (13) angeordnet ist.
Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) in seiner vorderen Endstellung arretiert wird.
Hybrid-Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vorschieben des Kolbens (14) die Brennkammer (10) und die Speicherkammer (15) jeweils durch voneinander getrennte Öffnungen (23,25) mit der Mischkammer (19) verbunden werden.
Hybrid-Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vorschieben des Kolbens (14) die Brennkammer (10) und die Speicherkammer (15) durch eine gemeinsame Öffnung (23a) in der Brennkammerwand (13) mit der Mischkammer (19) verbunden werden.
Hybrid-Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (14) nach Eindringen in den Sitz (22) unter dem nachlassenden Druck des Brenngases eine Rückbewegung durchführt.
Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Rückbewegung des Kolbens (14) beschleunigende oder verlangsamende Federvorrichtung (26) vorgesehen ist.
Hybrid-Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (19) um die Speicherkammer (15) herum angeordnet ist.
Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (19) sich über die gesamte Länge der Speicherkammer (15) erstreckt, wobei ihr Auslass (21) an dem dem Einlass abgewandten Ende vorgesehen ist.
Hybrid-Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass am Auslass (21) der Mischkammer ein Filter (28) vorgesehen ist.