DE19726598A1 - Hybrid-Gasgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Gasgenerator, insbesondere für Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme, mit einem Druckgasbehälter, der wenigstens eine mit Druckgas gefüllte Kammer mit einer Ausströmöffnung aufweist, die durch eine Bertscheibe geschlossen ist, mit wenigstens einem pyrotechnischen Treibsatz, bei dessen Zündung heißes Gas erzeugt wird, das sich mit dem Druckgas vermischt, und mit einem Projektil, das bei Aktivierung des Gasgenerators auf die Berstscheibe trifft, zu deren Zerstörung führt und dadurch das Ausströmen der vermischten Gase über die Ausströmöffnung erlaubt.

Ein gattungsgemäßer Hybrid-Gasgenerator ist aus der EP 0 512 747 A1 bekannt. In die mit Druckgas gefüllte Kammer ragt dabei ein pyro­ technischer Treibsatz, welcher bei Zündung heißes Gas erzeugt, das in die Kammer einströmt und sich dort mit dem kalten Druckgas vermischt. Außerhalb der Kammer ist ein Projektil angeordnet, dem ein eigener, außerhalb der Kammer vorgesehener pyrotechnischer Treibsatz zugeordnet ist. Auf ein Signal hin wird dieser Treibsatz gezündet, so daß das Projektil von außen die Berstscheibe durchschlägt und die Ausström­ öffnung freilegt. Dadurch können die gemischten Gase aus der Kammer und dem Druckgasbehälter ausströmen. Der Öffnungsvorgang des Druckgasbe­ hälters muß schnell und vor allem reproduzierbar erfolgen, damit z. B. das Aufblasen eines Gassacks schnell und in vorbestimmbarer Weise erfolgt. Bei bislang üblichen Hybrid-Gasgeneratoren wird die Berst­ scheibe durch das Projektil so zerstört, daß zahlreiche einzelne Teil­ stücke entstehen. Da die einzelnen Teilstücke aber nicht in den Gassack geraten dürfen, wo sie dessen Wandung zerstören können, ist eine Filterung der ausströmenden Gase trotz des damit verbundenen hohen Aufwandes erforderlich. Die Teilstücke werden mit dem ausströmenden Gas in Richtung des Filters gerissen, den sie teilweise verstopfen. Die Berstscheibe ist im nicht zerstörten Zustand kalottenförmig nach außen gewölbt. Das Projektil deformiert die Berstscheibe bei seinem Auftreffen auf diese entgegen dem hohen Innendruck in der Kammer, und es bewegt sich entgegen der Ausströmrichtung der bei der Öffnung frei werdenden Gase in das Innere der Kammer. Dieser Öffnungsvorgang ist durch eine hohe Dynamik gekennzeichnet, die für die Entstehung der Teilstücke des Gassacks verantwortlich sind.

Die Erfindung schafft einen Hybrid-Gasgenerator, der sich durch ein schnelles und in engen Grenzen vorbestimmbares Öffnungsverhalten aus­ zeichnet und bei dem eine Zerstörung der Membrane in Teilstücke, die zum Verstopfen von Filtern führen können, vermieden werden. Dies wird bei einem Hybrid-Gasgenerator der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß das Projektil innerhalb der Kammer angeordnet ist und von innerhalb der Kammer aus auf die Berstscheibe auftrifft. Das Projektil arbeitet dann nicht gegen den Druck im Inneren der Kammer, sondern mit ihm. Dadurch kann das Öffnen sehr schnell erfolgen. Da der Gasdruck und die Bewegungsrichtung des Projektil s in dieselbe Richtung weisen, ergibt sich eine geringere Dynamik beim Öffnen der Berstscheibe. Auch ist die notwendige Energie zur Zerstörung der Berstscheibe geringer als bei einem Auftreffen des Projektils von außen auf die Berstscheibe.

Zur Bewegung des Projektils kann ein separater pyrotechnischer Treibsatz vorgesehen sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform jedoch ist der pyrotechnische Treibsatz zur Erzeugung der heißen Gase auch das Antriebsmittel für das Projektil, welches durch die bei Abbrand des pyrotechnischen Treibsatzes erzeugten Druckwellen gegen die Berstscheibe bewegt wird. Damit hat der pyrotechnische Treibsatz eine Doppelfunktion. Beim Stand der Technik hingegen ist stets ein separater Treibsatz für die Bewegung des Projektils vorgesehen. Durch Vorsehen eines Treib­ satzes, der sowohl das heiße Gas erzeugt, als auch das Projektil bewegt, welches zur Freilegung der Ausströmöffnung für die gemischten Gase führt, läßt sich ein Treibsatz sparen. Dadurch ist der erfindungsgemäße Hybrid-Gasgenerator einfacher aufgebaut und kann kostengünstiger her­ gestellt werden. Auch der Aufwand zur Ansteuerung des Gasgenerators sinkt mit abnehmender Anzahl von Treibsätzen.

Vorzugsweise sind Treibsatz und Projektil voneinander beabstandet, was es möglich macht, den Treibsatz möglichst weit von der Ausström­ öffnung entfernt und das Projektil möglichst nahe an der Ausströmöffnung anzuordnen. Dies ist nötig, da das Projektil durch die erzeugte Druck­ welle bewegt wird und im Falle des Einsatzes eines freibeweglichen Projektils einen möglichst geringen Weg zurückzulegen hat. Auf diese Weise haben die bei einem Unfall wirkenden hohen Beschleunigungskräfte nur einen geringen Einfluß auf die Flugbahn des Projektils, so daß dieses allenfalls geringfügig, in der Praxis unbedeutend, abgelenkt wird und mit ausreichender Genauigkeit auf die Kalottenmitte der Berstscheibe trifft.

Darüber hinaus ist im Inneren der Kammer eine Positioniereinrichtung für das Projektil vorgesehen, die das Projektil im nicht aktiviertem Zustand lagefixiert hält. Die Positioniereinrichtung weist gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Führung für das Projektil auf, die bei Aktivierung eine Bewegung des Projektils zur Berstscheibe zuläßt und damit die Bewegung des Projektils in eine bestimmte Richtung lenkt.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Positioniereinrichtung eine die Kammer in zwei Kammerabschnitte unterteilende Zwischenwand aufweist. Ein Kammerabschnitt ist dabei dem Treibsatz und der andere der Ausström­ öffnung zugeordnet. Bei Aktivierung des Gassacks stehen die beiden Kammerabschnitte über wenigstens eine Überströmöffnung in Strömungsver­ bindung. Die heißen Gase sowie das Druckgas in dem Kammerabschnitt, der dem Treibsatz zugeordnet ist, gelangen dann über die Überströmöffnung in den weiteren Kammerabschnitt und von dort über die Ausströmöffnung aus den Druckgasbehälter. Die Positioniereinrichtung hat bei dieser Aus­ führungsform eine Doppelfunktion, denn die durch sie gebildete Zwischen­ wand und die Überströmöffnung begrenzen den Massenstrom der aus dem Hybrid-Gasgenerator ausströmenden, gemischten Gase. Die Zwischenwand sorgt auch dafür, daß es zu einer besseren Durchmischung der kalten Druckgase und der heißen, durch Abbrand des Treibstoffs entstehenden Gase kommt. Dadurch wird auch die übliche Nachverbrennung der heißen, erzeugten Gase bei Kontakt mit dem kalten Druckgas verbessert.

Die Positioniereinrichtung ist vorzugsweise nahe der Ausströmöffnung angeordnet.

Das Projektil wird gemäß einer Ausführungsform auch nach Zerstörung der Berstscheibe noch in der Positioniereinrichtung gehalten, die eine Verschiebung des Projektils zuläßt. Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß stromabwärts der Ausströmöffnung ein Diffusor vorge­ sehen ist, in dem das Projektil nach Zerstörung der Berstscheibe gefan­ gen wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1, eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerators, der zum Aufblasen eines Seitengassacks dient, in Längs­ schnittansicht,

Fig. 2, eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerators, mit einer anderen Befestigung der Positioniereinrichtung für das Projektil,

Fig. 3, eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerators, und

Fig. 4 bis 6, verschiedene Ausführungsformen des Projektils jeweils in Längsschnittansicht.

In Fig. 1 ist ein Hybrid-Gasgenerator gezeigt, der zum Aufblasen eines Seitengassacks dient. Der Gasgenerator weist einen zylindrischen, langgestreckten Druckgasbehälter 1 auf, der ein Rohr 3 aufweist, wobei das Rohr an seinen Stirnseiten geschlossen ist. An einer Stirnseite ist eine Einheit 5 vorgesehen, die das Rohr 3 auf dieser Seite schließt. Die Einheit 5 weist einen Zünder 7 für einen in einer Brennkammer 9 ange­ ordneten pyrotechnischen Treibsatz 11 auf. Die Brennkammer 9 wird durch einen kappenartigen Diffusor 13 mit einigen Durchgangsöffnungen be­ grenzt. Am gegenüberliegenden Ende ist ein den Druckgasbehälter auf dieser Seite abdichtendes stopfenartiges Verschlußelement 15 in das Rohr 3 eingepreßt. Das Verschlußelement 15 umfaßt ein nicht gezeigtes Filter­ element, einen nach außen ragenden Diffusor 17, eine zentrale Ausström­ öffnung 19 sowie eine Berstscheibe 21. Die Berstscheibe 21 verschließt die Ausströmöffnung 19 gasdicht und ist kalottenförmig nach außen ge­ wölbt. Durch das Rohr 3, die Einheit 5 und das Verschlußelement 15 ist im Inneren des Druckgasbehälters 1 eine Kammer 23 begrenzt, die mit Druckgas gefüllt ist. Unmittelbar in der Nähe des Verschlußelements 15 ist im Inneren des Druckgasbehälters 1 ein Projektil 25 angeordnet. Das Projektil 25 dient dazu, die Berstscheibe 21 im Rückhaltefall zu zerstö­ ren oder zu deren Zerstörung zu führen. Eine Positioniereinrichtung, die aus einer topfförmigen Zwischenwandung 27 besteht, dient dazu, das Projektil 25 im nicht aktivierten Zustand lagefest zu halten. Die Zwischenwand 27 weist einen radial äußeren Bereich auf, mit dem sie an der Innenseite des Rohres 3 anliegt und daran befestigt ist.

Ein Absatz im Rohr 3 und dem äußeren Bereich der Zwischenwandung 27 dient der axialen Sicherung der Zwischenwandung 27. Ein radial innerer zylindrischer Abschnitt dient als Führungsabschnitt 29 für das Projektil 25, das in Richtung Berstscheibe 21 bewegt wird, wie später noch näher erläutert werden wird. In nicht aktiviertem Zustand ist das Projektil 25 an der Zwischenwand 27 beispielsweise durch Vorsehen eines Preßsitzes zwischen der Außenseite des Projektil s und der Innenseite des Führungs­ abschnitts 29 oder Einkleben oder Vorsehen von abscherbaren Kanten oder Nasen am Projektil 25 lagefixiert. Der radiale verlaufende Abschnitt 31 der Zwischenwandung teilt die Kammer 23 in zwei Kammerabschnitte 33 und 35, wobei der Kammerabschnitt 33 deutlich mehr Volumen als der Kammer­ abschnitt 35 hat. Die beiden Kammerabschnitte 33 und 35 stehen über mehrere Überströmöffnungen im radialen Abschnitt 31 miteinander in Verbindung.

Im Rückhaltefall entstehen durch Abbrand des Treibstoffs 7 heiße Gase, das in die Kammer 23 einströmen und sich dort mit dem kalten Druckgas vermischen. Beim Abbrand des Treibstoffs kommt es zur Erzeugung von Druckwellen, die sich längs der Achse des rohrförmigen Druckgasbe­ hälters 1 in Richtung zum Projektil 25 fortpflanzen. Durch die Druck­ wellen wird das Projektil 25 aus seiner Verankerung gelöst und schlägt auf die Berstscheibe 21, die es zerstört. Ein verdicktes rückseitiges Ende 37 des Projektils 25 begrenzte die Bewegung des Projektils in axialer Richtung. Nach Zerstörung der Berstmembrane 21 gelangt das sich im Kammerabschnitt 35 befindliche Druckgas über die Ausströmöffnung 19 in den Diffusor 17 und strömt weiter über mehrere nicht gezeigte radiale Öffnungen durch die Diffusor 17 hindurch in den Gassack. Das entstehende Gasgemisch, bestehend aus dem Druckgas und den heißen, erzeugten Gasen, strömt darüber hinaus über die Überströmöffnungen im radialen Abschnitt 31 in den Kammerabschnitt 35 nach, vermischt sich in diesem weiter, so daß die heißen Gase nachverbrennen.

Der Öffnungsvorgang der Berstscheibe 21 wird durch den Druck in der Kammer 23 noch unterstützt. Es ergibt sich ein schneller, in engen Grenzen vorbestimmbarer Öffnungsvorgang, bei dem die Berstscheibe in keine Teilstücke zerstört wird. Es werden somit keine Teilstücke in Richtung Diffusor 19 geschleudert, wo sie zum Verstopfen des Filters führen könnten. Die aus der Ausströmöffnung 19 austretende Gasmenge wird durch den Querschnitt und die Anzahl der Überströmöffnungen mit begrenzt.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten lediglich im Bereich des Verschlußelements 15, so daß nur auf dieses eingegangen werden muß. Im Gegensatz der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Zwischenwand 27 nicht am Rohr 3, sondern an einem zylindrischen, sich in die Kammer 23 er­ streckenden Abschnitt des Verschlußelements 15 über eine Preßpassung befestigt. Auch bei dieser Ausführungsform weist das Projektil 25 ein verbreitertes hinteres Ende 37 auf, das an den Führungsabschnitt 29 nach Zerstören der Berstscheibe 21 auftrifft. In dieser Ausführungsform hat der Kammerabschnitt 35 ein deutlich geringeres Volumen als bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Verschlußelement 15 und Positioniereinrichtung samt Projektil 25 können bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform als komplett vormontierte Einheit in die Kammer 23 eingeschoben werden, was den Montageaufwand verringert.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform entspricht im wesent­ lichen der in Fig. 1 dargestellten. Das Projektil 25 weist jedoch kein verdicktes Ende auf und wird auch nicht nach Zerstören der Berstscheibe 21 in der Positioniereinrichtung gehalten, sondern wird im Diffusor 17, genauer gesagt an der Stirnseite gefangen, indem es in einer Abbrems­ einrichtung 39, die in den kappenförmigen Diffusor 17 eingelegt ist, eindringt.

Verschiedene Ausführungsformen des Projektils sind in den Fig. 4 bis 6 dargestellt. Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Projektile sind jeweils hohl und haben dadurch eine geringe träge Masse. Das in der Fig. 5 dargestellte Projektil 21' weist zudem eine Durchgangsöffnung 43 auf, über die Gas in die Ausströmöffnung 19 gelangen kann.

Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Projektile sind beispiels­ weise bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen einsetzbar, wogegen das in Fig. 6 gezeigte Projektil dem in Fig. 3 gezeigten entspricht. Sobald das Projektil 21 den Führungsabschnitt 29 verlassen hat, kann auch über die dann entstehende zentrale Öffnung in der Zwischenwand 27 Gas in Richtung Ausströmöffnung 19 gelangen.

Claims (15)

1. Hybrid-Gasgenerator, insbesondere für Fahrzeuginsassen-Rück­ haltesysteme, mit einem Druckgasbehälter (1), der wenigstens eine mit Druckgas gefüllte Kammer (23) mit einer Ausströmöffnung (19) aufweist, die durch eine Berstscheibe (21) geschlossen ist, wenigstens einen pyro­ technischen Treibsatz (11), bei dessen Zündung heißes Gas erzeugt wird, das sich mit dem Druckgas vermischt, und mit einem Projektil (21), das bei Aktivierung des Gasgenerators auf die Berstscheibe (21) trifft, zu deren Zerstörung führt und dadurch das Ausströmen der gemischten Gase über die Ausströmöffnung (19) erlaubt, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektil (21) innerhalb der Kammer (23) angeordnet ist und von inner­ halb der Kammer (23) aus auf die Berstscheibe (21) trifft.

2. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektil (25) durch die bei Abbrand des pyrotechnischen Treibsatzes (11) erzeugte Druckwellen gegen die Berstscheibe (25) bewegt wird.

3. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß Treibsatz (11) und Projektil (25) voneinander beabstandet sind.

4. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Treibsatz (11) und Projektil (25) an entgegengesetzten Enden der Kammer (23) angeordnet sind.

5. Hybrid-Gasgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Kammer (23) eine Positioniereinrichtung für das Projektil (25) vorgesehen ist, die das Projektil (25) in nicht aktiviertem Zustand lagefixiert hält.

6. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung eine Führung für das Projektil (25) aufweist, die bei Aktivierung des Gasgenerators eine Bewegung des Projektils (25) zur Berstscheibe (21) zuläßt.

7. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung eine die Kammer in zwei Kammerabschnitte (33, 35) unterteilende Zwischenwand (27) aufweist, wobei ein Kammerabschnitt (33) dem Treibsatz (11) und der andere Kammerabschnitt (35) der Ausströmöffnung (19) zugeordnet ist, und daß die Kammerabschnitte (33, 35) bei Aktivierung des Gasgenerators über wenigstens eine Überströmöffnung in Strömungsverbindung stehen.

8. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (23) langgestreckt und der Druckgasbehälter (1) zylindrisch ausgebildet sind und daß die Positioniereinrichtung wenigstens einen sich im wesentlichen quer zur Längsachse erstreckenden Wandungsabschnitt (31) aufweist.

9. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Positioniereinrichtung nahe der Ausströmöffnung (19) ange­ ordnet ist.

10. Hybrid-Gasgenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zwischenwandung (27) um das darin befestigte Projektil (25) herum mehrere Überstömöffnungen vorgesehen sind.

11. Hybrid-Gasgenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (23) an einer Stirnseite über ein stopfenartiges Verschlußstück (15) abgedichtet ist und die Positionier­ einrichtung an dem Verschlußstück (15) befestigt ist.

12. Hybrid-Gasgenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektil (25) hohl ausgebildet ist.

13. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektil (25) eine Durchgangsöffnung (43) in Axialrichtung auf­ weist.

14. Hybrid-Gasgenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektil (25) auch nach Zerstörung der Berst­ scheibe (21) in der Positioniereinrichtung gehalten ist.

15. Hybrid-Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts der Ausströmöffnung (19) ein dem Ver­ schlußstück (15) zugeordneter Diffusor (17) vorgesehen ist und das Projektil (25) nach Zerstörung der Berstscheibe (21) im Diffusor (17) aufgefangen wird.