DE19645177A1 - Gasgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator für ein Airbagsystem eines Fahr­ zeugs, mit einem Brennkammergehäuse zur Unterbringung eines aktivier­ baren Treibstoffs, wobei das Brennkammergehäuse aus einem oder mehre­ ren einzelnen Gehäuseteilen aufgebaut ist.

Ein derartiger Gasgenerator ist durch die US 4,561,675 bekanntgeworden.

Im Falle eines harten Aufpralls eines Kraftfahrzeugs erzeugen sogenannte Airbag-Gasgeneratoren Gas zum Füllen eines Luftsackes, der dann einen Fahrzeuginsassen vor dem Aufprall auf harte Fahrzeuginnenteile wie das Lenkrad schützt. Diese Gasgeneratoren sind i.a. von pyrotechnischer Art und unterliegen somit in Deutschland einer Zulassungspflicht bei der Bundesan­ stalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Eine Anforderung ist dabei die sogenannte Brandprüfung. Sie besagt, daß beim Erhitzen des Gasgene­ rators durch eine Flamme (z. B. Gasflamme) der Gasgenerator zwar zünden darf, aber dabei im Verbund erhalten bleiben muß, d. h., es darf kein Frag­ mentieren des Gasgenerators auftreten.

Im allgemeinen funktionieren pyrotechnische Gasgeneratoren derart, daß durch einen Stromimpuls von der einen Fahrzeugcrash erkennenden Senso­ rik ein Anzünder im Gasgenerator gezündet wird. Die Anzündung wird durch eine sogenannte Anzündladung, die heiße Partikel erzeugt, verstärkt. Diese heißen Partikel treffen dann auf die Oberfläche des meist in Tablet­ tenform vorliegenden Treibstoffes, der dann selbst zündet und in der soge­ nannten Brennkammer unter einem hohen Druck abbrennt. Dadurch ent­ steht das Gas zum Füllen des Luftsackes.

Bekannte Gasgeneratoren benutzen meist azidhaltige Treibstoffe, um in der kurzen Zeit von ca. 30 ms die Gase für das Füllen des Luftsackes zu erzeugen. Die Selbstentzündungstemperatur dieser Treibstoffe liegt bei ca. 400°C. Da­ neben wird das Gasgeneratorgehäuse heute vorwiegend aus einer Alumini­ umlegierung gefertigt, deren geringe Festigkeit bei hohen Temperaturen bekannt ist. Deshalb wird zur Erfüllung der Brandprüfung für diese Art von Gasgeneratoren eine Frühzündeinrichtung in die Gasgeneratoren integriert, die bereits bei einer Temperatur unter 400°C, aber über typischen Einsatz­ temperaturen von bis zu 100°C eine Zündung des Treibstoffes veranlassen soll.

Diese Frühzündeinrichtungen sind meist derart ausgelegt, daß sie an einer Stelle im Gasgenerator im thermischen Kontakt mit dem Gehäuse des Gas­ generators stehen. Dabei wird ein sogenanntes Frühzündpulver eingesetzt, welches meist ein stabilisiertes NC-Pulver mit einer Selbstentzündungstem­ peratur von ca. 150°C bis 200°C ist. Damit diese Frühzündeinrichtung auch sicher funktioniert, wird konstruktiv auf eine möglichst gute Wärmeleitung zwischen der Frühzündeinrichtung und dem Gehäuse geachtet.

Verschiedene Patente schützen entsprechende Konstruktionen. So ist z. B. in der eingangs zitierten US-PS 4,561,675 eine derartige Selbstzündeinrich­ tung beschrieben, bei der ein Paket von Selbstzündermaterial in gutem thermischen Kontakt mit dem Oberteil des Gasgeneratorgehäuses steht. Wenn das Gasgeneratorgehäuse an dieser Stelle die Temperatur für die Selbstzündung des Primärzündmittels erreicht, wird dieses gezündet, brennt durch das Paket und zündet den Treibstoff, z. B. pyrotechnische Ma­ terial, um die Aufblasvorrichtung des Airbag-Systems auszulösen.

Eine in der DE 38 42 469 C1 beschriebene Weiterentwicklung der bekannten Konstruktion, mit der eine zuverlässigere Selbstauslösung bei im Betriebsfall oder bei der Lagerung normalerweise nicht auftretender Hitzeeinwirkung ohne Gefahr einer Fragmentierung des Gasgeneratorgehäuses und ohne Be­ einträchtigung von dessen Dichtigkeit erreicht werden soll, schlägt vor, das Gehäuse der Selbstzündeinrichtung in die Außenwand des Gasgeneratorge­ häuses einzubauen und derart gegen diese thermisch zu isolieren, daß im Einbaubereich der Selbstzündeinrichtung gegenüber der Außenwand des Gasgeneratorgehäuses eine Wärmesenke ausgebildet wird. Damit soll eine Fragmentierung im Falle einer Überhitzung des Gasgeneratorgehäuses, ins­ besondere bei Verwendung von Leichtbaumaterial, weitgehend ausge­ schlossen sein.

Auch aus der DE 39 41 690 A1 ist eine Zündvorrichtung für gasentwickelndes Material zum Einsatz in Airbag-Systemen beschrieben, bei der in einem Be­ hälter eine homogene Mischung aus Treibmaterial und selbstzündendem Material in Form von vielen kleinen zylindrischen Treibsätzen, die beliebig in der gesamten Mischung des zündfähigen Materials ausgerichtet sind, ent­ halten ist. Der Behälter ist an einer Stirnfläche in das Gasgeneratorgehäuse eingeschraubt und steht über diese Einschraubstelle in thermischem Kon­ takt mit dem Gasgeneratorgehäuse, so daß bei Erwärmung des Gasgenera­ torgehäuses in der Nähe der Einschraubstelle durch Wärmeleitung die selbstzündende Mischung im Behälter erhitzt und bei Überschreiben der Zündtemperatur gezündet wird.

Nachteilig ist bei allen diesen bekannten Konstruktionen, daß jeweils nur eine lokale Stelle des Gehäuses mit einer guten Wärmeleitung zur Frühzünd­ einrichtung versehen ist. Dadurch kann es passieren, daß beim Erhitzen des Gehäuses an einer von der Frühzündeinrichtung weit entfernten Stelle (z. B. der Gegenseite) die Zeit bis zum Zünden des Frühzündpulvers zu lang ist. In diesem Fall ist dann das Gehäusematerial bereits derart in seiner Festigkeit beeinträchtigt, daß es letztlich doch zu dem unbedingt zu vermeidenden Fragmentieren der Gehäusestruktur kommt.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ei­ nen Gasgenerator der eingangs genannten Art dahin gehend weiterzubil­ den, daß die Auslösung des Gasgenerators bei Wärmeeinwirkung von außen oder auch von innen möglichst einfach und zuverlässig, aber dennoch kon­ trolliert erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Verhinderung eines unkontrollierten Abbrands des Treibstoffs in dem Brennkammerge­ häuse im Falle einer erhöhten Wärmeeinwirkung auf den Gasgenerator aus­ schließlich zumindest ein Teilbereich des bzw. der das Brennkammergehäu­ se bildenden Gehäuseteile aus Kunststoff gefertigt ist, dessen Schmelztem­ peratur oder Verbrennungstemperatur unterhalb der Aktivierungstempe­ ratur des Treibstoffs liegt.

Dieser erfindungsgemäße Gasgenerator löst sich von der traditionellen Vor­ gehensweise einer Frühzündeinrichtung, nämlich einer vorzeitigen Zün­ dung des Treibstoffs vor Erreichen der Strukturfestigkeitsgrenze des Gasge­ nerators, und löst das Problem dadurch, daß zum Zeitpunkt der thermi­ schen Entzündung des Treibstoffs oder auch des Anzündsatzes der Treib­ stoff aufgrund einer Schwächung des Brennkammergehäuses praktisch drucklos abbrennen kann. Das Brennkammergehäuse des Gasgenerators ist durch den Teilbereich bzw. die Teilbereiche aus Kunststoff so ausgelegt, daß das Brennkammergehäuse bei Erreichen der Anzündtemperatur des Treib­ stoffs bzw. der pyrotechnischen Anzündeinheit keine Druckbehälterfunk­ tion mehr aufweist und der Treibstoff drucklos verpuffen kann. Das Brenn­ kammergehäuse ist dabei teilweise oder vorzugsweise ganz aus einem Kunststoff ausgeführt, der bei Wärmeeinwirkung von außen entweder ver­ brennt oder schmilzt.

Dieser erfindungsgemäße Gasgenerator hat damit den wesentlichen Vorteil, daß keine zusätzliche Frühzündeinrichtung im Gasgenerator vorgesehen zu werden braucht und daß aufgrund der Verpuffung des Treibstoffs ein Frag­ mentieren von scharfkantigen oder schweren Teilen nicht auftreten kann.

Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Schmelz­ temperatur oder Verbrennungstemperatur des Kunststoffs unterhalb von 400°C, vorzugsweise zwischen 200°C und 270°C.

Ganz besonders bevorzugt ist in einer weiteren Ausführungsform der aus Kunststoff gefertigte Teilbereich Teil des Außengehäuses des Gasgenerators, so daß beim Zünden des Treibstoffs eine im wesentlichen drucklose Verpuf­ fung nach außen möglich ist.

Eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß der Kunst­ stoff ein Verbundwerkstoff mit einem polymeren Matrixmaterial und einem faserförmigen Verstärkungsstoff ist. Beispielsweise können die folgenden faserverstärkten Kunststoffe verwendet werden:

• - Akulon K 224 TG9 (PA mit 45% Glasfaser)
• - Arnite AV2 363 SN (PET mit 33% Glasfaser)
• - Arnite 3701B (PET mit 35% Glasfaser)
• - Stanyl TW241 F10 (PA mit 50% Glasfaser)
• - Stanyl TW200 F6 (PA mit 30% Glasfaser).

In der nachstehenden Tabelle sind die bei diesen Materialien in Hochtempe­ raturversuchen erreichten Zeitspannen bis zum Annähern an den material­ spezifischen Schmelzpunkt zusammengefaßt:

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter für die Schil­ derung der Erfindung.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand eines Aus­ führungsbeispiels näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Gasgenerators.

Die Figur der Zeichnung zeigt den erfindungsgemäßen Gegenstand teilweise stark schematisiert und ist nicht maßstäblich zu verstehen.

In der Figur ist mit 1 ein Gasgenerator bezeichnet, dessen Gehäuse aus zwei miteinander verbundenen Gehäuseteilen 2 und 3 zusammengesetzt ist. Die beiden Gehäuseteile 2, 3 bilden ein Brennkammergehäuse 4, welches eine Brennkammer 5 Im Innern des Gasgenerators 1 definiert. Innerhalb der Brennkammer 5 ist ein in Tablettenform vorliegender Treibstoff 6 unterge­ bracht, wobei ein Füllkörper 7 ein Klappern oder Rasseln des Treibstoffes 6 innerhalb der Brennkammer 5 verhindert.

Wenn im Falle eines Aufprallunfalls des Fahrzeugs ein Sensor, der in der Fi­ gur nicht dargestellt ist, ein Signal an eine Anzündeinheit 9 leitet, so wird in­ nerhalb der Anzündeinheit 9 eine sogenannte Anzündladung entzündet. Bei diesem Vorgang werden heiße Partikel erzeugt und verstärkt, die auf den Treibstoff 6 auftreffen und diesen ebenfalls entzünden. Durch den Abbrand des Treibstoffs 6 entsteht ein unter hohem Druck stehen des Gas, das die Brennkammer 5 durch Brennkammerabströmöffnungen 10 im zweiten Ge­ häuseteil 3 nach außen verlassen und einen Luftsack, der in der Figur eben­ falls nicht gezeigt ist, aufblasen kann. Um beim Abbrennen des Treibstoffs 6 die Tabletten innerhalb der Brennkammer 5 definiert zu halten, ist ein Drahtgewebe 8 vorgesehen.

Das Brennkammergehäuse 4 bzw. die beiden Gehäuseteile 2 und 3 bestehen im Ausführungsbeispiel aus faserverstärktem Kunststoff, dessen Schmelz­ temperatur T_Sch oder Verbrennungstemperatur unterhalb der Aktivie­ rungstemperatur des Treibstoffs 6 bzw. der Anzündeinheit 9 liegt.

Wenn die beiden Gehäuseteile 2, 3 auf eine Temperatur höher als ihre Schmelztemperatur bzw. Verbrennungstemperatur erwärmt werden, schmelzen sie vollständig und verkohlen, bis schließlich aufgrund der im Brennkammergehäuse 4 herrschenden hohen Temperatur der Treibstoff 6, z. B. bei hoher Abbrandgeschwindigkeit und ohne Knall, zündet.

Da das Brennkammergehäuse 4 zu diesem Zeitpunkt bereits völlig erweicht bzw. bereits vollständig verbrannt ist, geht von dem Treibstoff 6 keine Ge­ fahr mehr aus, d. h., es erfolgt ein offener Abbrand bzw. eine Verpuffung des Treibstoffs 6. Das Brennkammergehäuse 4 liegt zu diesem Zeitpunkt nicht mehr im Verbund vor, sondern ist in Einzelstücke zerfallen, die aus der sehr leichten Glasfaserstruktur bestehen.

Falls die Zündtemperatur der Anzündladung der Anzündeinheit 9 kleiner als die Zündtemperatur des Treibstoffs 6 ist ist, wird bei entsprechender Wär­ meeinwirkung die Anzündeinheit thermisch gezündet und dadurch der Treibstoff 6 gezündet. Die Schmelztemperatur T_Sch bzw. die Verbrennungs­ temperatur des Kunststoffs muß dann geringer als die Zündtemperatur der Anzündladung gewählt sein.

Claims (4)

1. Gasgenerator (1) für ein Airbagsystem eines Fahrzeugs, mit einem Brenn­ kammergehäuse (4) zur Unterbringung eines aktivierbaren Treibstoffs (6), wobei das Brennkammergehäuse (4) aus einem oder mehreren einzelnen Gehäuseteilen (2, 3) aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhin­ derung eines unkontrollierten Abbrands des Treibstoffs (6) in dem Brenn­ kammergehäuse (4) im Falle einer erhöhten Wärmeeinwirkung auf den Gas­ generator (1) ausschließlich zumindest ein Teilbereich des bzw. der das Brennkammergehäuse (4) bildenden Gehäuseteile (2, 3) aus Kunststoff gefer­ tigt ist, dessen Schmelztemperatur (T_Sch) oder Verbrennungstemperatur un­ terhalb der Aktivierungstemperatur des Treibstoffs (6) liegt.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur (T_Sch) oder Verbrennungstemperatur des Kunststoffs unterhalb von 400°C, vorzugsweise zwischen 200°C und 270°C, liegt.

3. Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest der aus Kunststoff gefertigte Teilbereich Teil des Außengehäuses des Gasgenerators (1) ist.

4. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kunststoff ein Verbundwerkstoff mit einem polyme­ ren Matrixmaterial und einem faserförmigen Verstärkungsstoff ist.