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Die
Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem.
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Ein
solcher Gasgenerator dient der Erzeugung von Druckgas, mittels dem
beispielsweise ein Gassack des Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems in
einem Rückhaltefall
gefüllt
wird. Zu diesem Zweck kann der Gasgenerator eine Kammer mit gespeichertem
Kaltgas aufweisen, das bei Aktivierung des Gasgenerators freigegeben
wird. Alternativ oder zusätzlich
(letzteres bei sogenannten Hybridgasgeneratoren) weist der Gasgenerator
eine Brennkammer mit einem pyrotechnischen Treibstoff auf, bei dessen
Abbrand Druckgas erzeugt wird. Das bei Aktivierung des Gasgenerators
freigesetzte Gas tritt durch eine (oder mehrere) Ausströmöffnung(en)
aus dem Gasgenerator aus, wobei die Ausströmöffnung vor der Aktivierung
gewöhnlich
durch eine Verdämmung oder
Membran verschlossen ist. Ist die Ausströmöffnung einmal geöffnet, so
besitzt sie einen konstanten Querschnitt. Der Ausströmquerschnitt
beeinflußt
jedoch den Brennkammerdruck und damit wiederum das Abbrandverhalten
des Treibstoffs, insbesondere hinsichtlich der Generatorleistung,
der Gasausbeute sowie der Erzeugung von Schadgasen. Aus diesem Grund
ist es wünschenswert,
daß der
in der Brennkammer herrschende Druck ein gewisses Niveau nicht unterschreitet.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Gasgenerator zu schaffen,
bei dem ein Ausströmquerschnitt
in Abhängigkeit
vom Innendruck regelbar ist.
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Erfindungsgemäß wird dies
durch einen Gasgenerator erreicht, mit einem starren Außengehäuse, einer
im Außengehäuse ausgebildeten
Kammer, in der zumindest nach Aktivierung des Gasgenerators ein
Druckgas vorhanden ist, wenigstens einer in einem relativ zum Außengehäuse unbeweglichen
Bauteil ausgebildeten Ausströmöffnung und wenigstens
einem im wesentlichen flächig
ausgebildeten, federnden Element, das im Inneren des Außengehäuses eingespannt
ist und zumindest in seiner Grundstellung an dem unbeweglichen Bauteil
anliegt, wobei das federnde Element in der Grundstellung einen Strömungsweg
zwischen der Kammer und der Außenumgebung
des Gasgenerators verschließt
und sich bei Beaufschlagung mit Druckgas elastisch verformt, wodurch
es einen Durchströmquerschnitt
freigibt, dessen Größe mit steigendem Druck
zunimmt. Mit Hilfe des Federelements wird also ein variabler Durchströmquerschnitt
und damit eine variable Abströmung
des Gasgenerators in Abhängigkeit
vom Innendruck erreicht. Während
bei einem geringen Innendruck vergleichsweise wenig Gas ausströmt, ergibt
sich bei einem hohen Innendruck aufgrund des vergrößerten Durchströmquerschnitts
eine hohe Gasausströmung
aus dem Generator. Auf diese Weise läßt sich also der Innendruck, insbesondere
in einer Brennkammer, während
des gesamten Funktionszeitraums des Gasgenerators im wesentlichen
konstant halten. Überdies
läßt sich beim
erfindungsgemäßen Gasgenerator
der zur Freigabe des Durchströmquerschnitts
erforderliche Mindestdruck durch definierte Vorspannung des federnden
Elements in der Grundstellung nahezu beliebig einstellen. Da sich
das federnde Element elastisch verformt, ist außerdem gewährleistet, daß sich der Durchströmquerschnitt
im Falle einer Druckentlastung wieder verringert, bis hin zum vollständigen Verschließen der
Ausströmöffnung.
Dadurch kann bei einem pyrotechnischen Gasgenerator bzw. bei einer Pyrotechnikstufe
eines Hybridgasgenerators das Abbrandverhalten des Treibstoffs verbessert
werden. Die Erfindung schafft mittels dem federnden Element einen
einfach aufgebauten Gasgenerator, denn das federnde Element selbst
verschließt
den Strömungsweg
und nicht etwa ein durch eine Schraubenfeder vorgespannter Ventilkörper.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung handelt es sich bei dem unbeweglichen Bauteil um ein
Verschlußelement
der Kammer, in dem die Ausströmöffnung,
vorzugsweise in etwa mittig, angeordnet ist.
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Das
federnde Element liegt dann zumindest in seiner Grundstellung die
Ausströmöffnung radial außerhalb
umgebend am Verschlußelement
an, d.h. die Ausströmöffnung ist
umlaufend vom federnden Element umgeben.
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Das
Verschlußelement
bildet mit einer Membran eine vormontierte Einheit, die die Ausströmöffnung vor
Aktivierung des Gasgenerators verschließt. Bei Aktivierung des Gasgenerators
wird die Membran zerstört,
und Druckgas kann (ausreichend hohen Druck zur Verformung des federnden
Elements vorausgesetzt) durch die Ausströmöffnung entweichen.
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Um
das Druckgas, welches den Durchströmquerschnitt passiert, aus
dem Außengehäuse des Gasgenerators
beispielsweise in einen Gassack zu leiten, weist das Außengehäuse vorzugsweise
im Bereich des Verschlußelements
wenigstens eine Abströmöffnung auf.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung stützt sich das federnde Element
zumindest in seiner Grundstellung zusätzlich zur Anlage an dem unbeweglichen
Bauteil direkt oder indirekt am Außengehäuse ab, ist also zwischen dem
Außengehäuse und dem
unbeweglichen Bauteil eingespannt. Dadurch ergibt sich ein besonders
einfacher und platzsparender Aufbau des erfindungsgemäßen Gasgenerators.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
Erfindung handelt es sich bei dem unbeweglichen Bauteil um eine
im Inneren der Kammer angeordnete Kappe, die eine Öffnung der
Kammer umgibt. Die Kappe ist insbesondere topfförmig ausgebildet und verschließt einen
Strömungsweg
in Richtung Öffnung,
solange das federnde Element sich in seiner Grundstellung befindet.
Wieder kann die Öffnung
im nicht aktivierten Zustand durch eine Membran verschlossen sein.
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Die
Kappe weist bevorzugt mehrere am Umfang angeordnete Ausströmöffnungen
auf, die in der Grundstellung durch das bzw. die federnden Elemente
verschlossen werden. Wieder ergibt sich eine einfache und platzsparende
Ausgestaltung.
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Dabei
liegen das bzw. die federnden Elemente vorzugsweise am Umfang der
Kappe an.
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Bei
sämtlichen
Ausgestaltungen der Erfindung kann das federnde Element stromabwärts der Ausströmöffnung angeordnet
sein.
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In
einer alternativen Ausgestaltung ist das federnde Element stromaufwärts der
Ausströmöffnung angeordnet,
insbesondere im Inneren der Kammer.
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Eine
besonders einfache Ausführung
erreicht man dadurch, daß als
federndes Element eine Tellerfeder eingesetzt wird, die als Massenartikel günstig verfügbar ist.
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Es
lassen sich aber auch mehrere Tellerfedern benutzen, die ein Tellerfederpaket
bzw. eine -säule
bilden. Dabei können
die Federn in Reihen- oder Parallelschaltung angeordnet sein. Bei
einer solchen Ausgestaltung ist der Durchströmquerschnitt entweder zwischen
zwei Tellerfedern oder zwischen einer Tellerfeder und dem Außengehäuse bzw.
einer Tellerfeder und dem unbeweglichen Bauteil gebildet.
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Insbesondere
können
mehrere übereinandergereihte,
sich zu einer balgartigen Struktur ergänzende Tellerfedern vorgesehen
sein.
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Das
federnde Element kann die Form eines Kugelschalenabschnitts oder
einer Kalotte haben. Auch in diesem Fall ist das federnde Element
bevorzugt in der Grundstellung zwischen dem Außengehäuse und dem unbeweglichen Bauteil
eingespannt.
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Bei
dem Gasgenerator handelt es sich vorzugsweise um einen Hybridgasgenerator,
der sowohl eine Brennkammer mit pyrotechnischen Treibstoff als auch
einen Behälter
mit gespeicherten Kaltgas aufweist. Daneben ist jedoch auch ein
rein pyrotechnischer Gasgenerator denkbar. Auch bei einem reinen Kaltgasgenerator
kann die Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden.
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Im
Falle eines Hybridgasgenerators ist die Kammer insbesondere ein
Kaltgasbehälter,
der vor Aktivierung des Gasgenerators durch eine Membran verschlossen
ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung.
In dieser zeigt:
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1 eine
perspektivische Schnittansicht eines Diffusorabschnitts eines Gasgenerators
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung des Durchströmquerschnitts des Gasgenerators
aus 1 im geöffneten
und geschlossen Zustand;
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3 eine
perspektivische Schnittansicht eines Diffusorabschnitts eines Gasgenerators
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 eine
schematische Darstellung des Durchströmquerschnitts des Gasgenerators
aus 3 im geöffneten
und geschlossen Zustand;
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5 eine
schematische Darstellung des Durchströmquerschnitts eines gegenüber 3 leicht
abgewandelten Gasgenerators im geöffneten und geschlossen Zustand;
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6 eine
perspektivische Schnittansicht eines Diffusorabschnitts eines erfindungsgemäßen Gasgenerators
in einer gegenüber 3 leicht
abgewandelten Variante;
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7 eine
perspektivische Schnittansicht eines Diffusorabschnitts eines erfindungsgemäßen Gasgenerators
in einer weiteren gegenüber 3 leicht
abgewandelten Variante;
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8 eine
perspektivische Schnittansicht eines Diffusorabschnitts eines Gasgenerators
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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9 eine
perspektivische Schnittansicht eines Diffusorabschnitts eines Gasgenerators
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung;
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10 einen
Halbschnitt durch einen Gasgenerator gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
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11 einen
Halbschnitt durch einen Gasgenerator gemäß einer sechsten Ausführungsform der
Erfindung; und
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12 eine
weitere Ausgestaltung eines Gasgenerators mit variabler Abströmung.
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Die 1 und 2 zeigen
ausschnittsweise einen Gasgenerator 10 für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem,
bei dem es sich insbesondere um einen Hybridgasgenerator handelt.
Der Gasgenerator 10 weist ein starres Außengehäuse 12 auf,
in dem eine hier nur angedeutete Kammer 14 in Form eines
Kaltgasbehälters
ausgebildet ist. Ein Teil des Außengehäuses 12 ist als Diffusorabschnitt 16 ausgestaltet,
der mehrere entlang seinem Umfang verteilte Abströmöffnungen 18 aufweist.
Die Kammer 14 wird durch ein Verschlußelement 20 begrenzt,
bei dem es sich um ein relativ zum Außengehäuse 12 unbewegliches
Bauteil handelt. Im Verschlußelement 20 ist
in etwa mittig eine Ausströmöffnung 22 ausgebildet,
die vor Aktivierung des Gasgenerators 10 durch eine kammerseitige
Membran 24 verschlossen ist. Die Membran 24 bildet
mit dem Verschlußelement 20 eine
vormontierte Einheit.
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Im
Inneren des Außengehäuses 12 bzw.
des Diffusorabschnitts 16 ist ein flächig ausgebildetes, federndes
Element 26 in Form einer Tellerfeder vorgesehen, die sich
in ihrer Grundstellung mit ihrem inneren Rand 25 am Verschlußelement 20,
also dem unbeweglichen Bauteil, und mit ihrem äußeren Rand 27 direkt
am Außengehäuse 12,
hier an der stirnseitigen Wand 28 des Diffusorabschnitts 16,
abstützt.
Das federnde Element 26 ist im wesentlichen flächig ausgebildet
und liegt am unbeweglichen Bauteil, hier dem Verschlußelement 20,
an, wobei es die Ausströmöffnung 22 radial
außerhalb
umgibt. In der Grundstellung (1, 2 gestrichelte
Darstellung) verschließt
das federnde Elements 26 einen Strömungsweg zwischen der Kammer 14 und
der Außenumgebung
des Gasgenerators 10.
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Bei
Aktivierung des Gasgenerators 10 wird nach Zerstörung der
Membran 24 das federnde Element 26, das bezüglich des
Strömungswegs
des Druckgases nach der Ausströmöffnung 22 angeordnet
ist, mit Druckgas beaufschlagt und verformt sich elastisch (siehe 2).
Dadurch entsteht ein Durchströmquerschnitt 30 zwischen
der stirnseitigen Wand 28 des Diffusorabschnitts 16 und
dem federnden Element 26, dessen Größe mit steigendem Druck zunimmt.
Ist der Durchströmquerschnitt 30,
wie in 2 gezeigt, freigegeben, gelangt Druckgas aus dem
Inneren der Kammer 14 in den Diffusorabschnitt 16 und
von dort durch die im Bereich des Verschlußelements 20 angeordneten
Abströmöffnungen 18 in die
Außenumgebung
des Gasgenerators 10, hier zu einem in den Figuren nicht
gezeigten Gassack eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems.
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Die 3 und 4 zeigen
einen Gasgenerator 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, wobei gleiche oder funktionsgleiche Bauteile gleiche
Bezugszeichen tragen und im folgenden nur auf die Unterschiede zur
bisher beschriebenen ersten Ausführungsform
eingegangen wird. Auf die Darstellung der Kammer 14 und
der Membran 24 wurde in 3 verzichtet.
Anstelle eines einzigen sind hier zwei federnde Elemente 26,
wieder in Form von Tellerfedern vorgesehen, die in Reihe geschaltet sind.
Die am Verschlußelement 20 anliegende
Tellerfeder stützt
sich mit ihrem inneren Rand 25 am Verschlußelement 20 und
mit ihrem äußeren Rand 27 am äußeren Rand 27 der
zweiten Tellerfeder ab, die wiederum mit ihrem inneren Rand 25 an
der stirnseitigen Wand 28 des Diffusorabschnitts 16 anliegt.
Bei dieser Ausgestaltung wird der Durchströmquerschnitt 30 bei
ausreichender Beaufschlagung mit Druckgas zwischen den beiden Tellerfedern,
genauer deren äußeren Rändern 27 gebildet.
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5 zeigt
eine gegenüber 3 abgewandelte
Anordnung zweier federnder Elemente 26 in Form von Tellerfedern,
die hier parallel geschaltet sind, wobei der innere Rand 25 der
in der 5 rechten Tellerfeder am Verschlußelement 20 und
der äußere Rand 27 der
linken Tellerfeder an der stirnseitigen Wand 28 anliegt.
Der Durchströmquerschnitt 30 entsteht
bei dieser Variante zwischen der linken Tellerfeder und der stirnseitigen
Wand 28.
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Die 6 und 7 zeigen
zwei gegenüber 3 abgewandelte
Varianten des Gasgenerators 10, wobei sich hier das bzw.
die federnden Elemente 26, wiederum Tellerfedern in Reihenschaltung,
nicht direkt am Außengehäuse 12 abstützen, sondern
an einem Anschlag 32, der relativ zum Außengehäuse unbeweglich
ist und bei es sich um die Begrenzung einer zweiten Brennkammer
handeln kann (6). Auf die Darstellung der
Abströmöffnungen 18 sowie der
Kammer 14 samt Membran 24 wurde hier verzichtet.
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Natürlich können bei
sämtlichen
gezeigten Varianten anstelle von zwei Tellerfedern auch mehr Tellerfedern
vorgesehen sein, insbesondere Tellerfederpakete aus sechs Tellerfedern
haben sich als vorteilhaft erwiesen.
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8 zeigt
eine dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators 10,
die sich von den bisher beschriebenen Ausführungsformen dadurch unterscheidet,
daß das
federnde Element 26 die Form eines Kugelschalenabschnitts
bzw. einer Kalotte hat. Das federnde Element 26 liegt in
seinem Randbereich 33 an der stirnseitigen Wand 28 des
Diffusorabschnitts 16 am Außengehäuse 12 an, während der
mittlere Bereich in der in 8 gezeigten Grundstellung
die Ausströmöffnung 22 verschließt. Der
Durchströmquerschnitt 30 wird
bei Beaufschlagung mit Druckgas zwischen dem Rand der Ausströmöffnung 22 und
dem federnden Element 26 gebildet, indem dieses leicht
angehoben wird.
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Der
Gasgenerator 10 gemäß 9 unterscheidet
sich von demjenigen der 8 lediglich dadurch, daß das federnde
Element 26 um 180° verdreht
angeordnet ist, sich also in seinem zentralen Bereich an der stirnseitigen
Wand 28 und in seinem Randbereich 33 am Verschlußelement 20 abstützt. Bei
dieser Ausgestaltung wird der Durchströmquerschnitt 30 am äußeren Rand
des Verschlußelements 20 gebildet.
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Die 10 und 11 zeigen
eine fünfte und
eine sechste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators 10,
bei denen das relativ zum Außengehäuse unbewegliche
Bauteil, in dem hier mehrere Ausströmöffnungen 22 ausgebildet sind,
durch eine im Inneren der Kammer 14 angeordnete topfförmige Kappe 34 gebildet
ist. Die Kappe 34 umgibt eine Öffnung 36 der Kammer,
die im nicht aktivierten Zustand des Gasgenerators 10 durch
eine Membran 24 verschlossen ist. Die Ausströmöffnungen 22 sind
am Umfang der Kappe 34 angeordnet und werden in der Grundstellung
durch mehrere federnde Elemente 26 verschlossen, bei denen
es sich um Tellerfedern handelt, die übereinandergereiht sind und
sich zu einer balgartigen Struktur ergänzen. Dabei liegen die äußeren Ränder 27 (10)
bzw. die inneren Ränder 25 (11)
der federnden Elemente 26 am Umfang der Kappe 34 an.
In der Ausgestaltung der 10 sind
die federnden Elemente 26 bezüglich des Strömungswegs
des Druckgases nach den Ausströmöffnungen 22 angeordnet,
jedoch vor der Membran 24. Bei der Ausgestaltung gemäß 11 sind
die federnden Elemente 26 bezüglich des Strömungswegs
des Druckgases vor den Ausströmöffnungen 22 angeordnet.
Wird durch das Druckgas eine genügend
große
Kraft ausgeübt,
so verformen sich die federnden Elemente 26 elastisch (siehe
unterbrochene Linien) und geben einen Durchströmquerschnitt 30 frei,
der jeweils zwischen den von der Kappe 34 abgewandten Rändern 25 bzw. 27 zweier
federnder Elemente 26 liegt. Auf diese Weise kann Druckgas
durch die Ausströmöffnungen 22 zur
Membran 24 strömen,
die bei entsprechend hohem Druck zerstört wird, so daß das Druckgas
aus der Kammer 14 und damit dem Gasgenerator 10 ausströmen kann.
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12 schließlich zeigt
eine weitere Ausgestaltung eines Gasgenerators mit variablem Abströmquerschnitt,
bei dem ein kegelstumpfförmiger Stopfen 38,
der durch eine Schraubenfeder 40 beaufschlagt wird, einen
Durchströmquerschnitt 30 zunächst verschließt und bei
Beaufschlagung mit genügend
hohem Druck freigibt. Das durch den Stopfen 38 und die
Schraubenfeder 40 gebildete Ventil ist im Inneren der Kammer 14 stromaufwärts der
Ausströmöffnungen 22 angeordnet.
Natürlich
ließe
sich ein solches Ventil auch außerhalb
der Kammer 14 anordnen, etwa im Bereich eines Diffusorabschnitts, wie
er in 1 dargestellt ist.