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Die
vorliegende Erfindung betrifft Gaserzeuger oder Gasgeneratoren für das Aufblasen
von Fahrzeugrückhaltekissen,
die im allgemeinen als Airbags bekannt sind.
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Airbags
werden seit einer gewissen Zeit verwendet, um die Insassen von Kraftfahrzeugen
zu schützen.
Genauer gesagt, diese Erfindung betrifft einen verbesserten Gasgenerator,
der variierende Geschwindigkeiten des Aufblasens des Airbags bereitstellen
kann. Die Geschwindigkeit des Aufblasens des Airbags kann mittels
des Gasgenerators der Erfindung so gesteuert werden, daß sie sich
an unterschiedliche Zusammenstoßbedingungen
und/oder Insassenpositionen anpaßt.
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Bei
Airbag-Systemen ist typischerweise ein Kissen oder ein Sack vorhanden,
das bei einem Zusammenstoß aufgeblasen
wird, um für
die Fahrzeuginsassen eine schützende
Polsterung bereitzustellen. Um den Airbag aufzublasen, verwenden
derartige Systeme einen Gasgenerator, um das Ausblasgas zu erzeugen.
Verschiedene Gasgeneratoren sind bekannt, die nach unterschiedlichen
Prinzipien funktionieren. Bei jedem Funktionsprinzip gibt es einen
geringfügigen
Unterschied hinsichtlich der Leistung, wie beispielsweise des Anstieges
und des Absinkens des Druckes im Kissen mit der Zeit. Als solche
werden fair verschiedene Anwendungen Gasgeneratoren bevorzugt, die
nach unterschiedlichen Prinzipien funktionieren.
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Damit
Airbag-Systeme wirksam sind, müssen
sie zum Zeitpunkt des Zusammenstoßes aktiviert werden, und eine
richtige Aufblaszeit ist eine absolute Notwendigkeit. Andererseits,
wenn sich der Airbag zu schnell aufbläst, kann der Fahrgast durch
den sich aufblasenden Airbag verletzt werden. Um eine derartige Verletzung
durch den sich ausblasenden Airbag zu verhindern, ist es erforderlich,
daß die
Aufblasgeschwindigkeit des Airbags gesteuert wird. Daher wurde eine
mehrstufige Airbag-Vorrichtung vorgeschlagen, um diese widersprüchlichen
Forderungen zu erfüllen,
wie sie vorangehend beschrieben werden.
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Die
mehrstufige Airbag-Vorrichtung funktioniert so, daß der Airbag
auf ein vorgegebenes Niveau während
des Anfangsstadiums des Zusammenstoßes aufgeblasen wird, und daß er nach
einer kurzen Pause vollständig
aufgeblasen wird. Bei einer derartigen mehrstufigen Airbag-Vorrichtung
können
die Möglichkeiten
der Verletzung bei einem Out-of-Position-Fahrzeuginsassen verringert
werden, und es kann ein breiterer Bereich von Zusammenstoßbedingungen
erfaßt
werden.
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Die
Zeitintervalle zwischen der Entfaltung im Anfangsstadium und den
Entfaltungen in den folgenden Stadien werden mit Bezugnahme auf
die Gasmenge, die im ersten Stadium verwendet wird, und andere Faktoren
festgelegt. Ein falscher Intervall beeinflußt den Airbag als Sicherheitsvorrichtung
in nachteiliger Weise. Beispielsweise, wenn des Intervall zu kurz
ist, kann er eine Verletzung hervorrufen, aber wenn der Intervall
zu lang ist, wird die Stoßdämpfungswirkung
des Airbags abgeschwächt,
und das kann zu Verletzungen des Fahrzeuginsassen führen. Aus
diesem Grund ist ein hoher Grad an Genauigkeit für den Zündverzögerungssignalgenerator erforderlich,
dessen Funktion es ist, das erste gaserzeugende Material und danach
das zweite und das dritte gaserzeugende Material zu aktivieren.
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Ein
typischer Zündverzögerungssignalgenerator
wird aus einer komplizierten elektronischen Schaltung aufgebaut.
Wegen der Kompliziertheit des Systems und der begleitenden hohen
Kosten ist seine Anwendbarkeit bei derartigen wenig benutzten Vorrichtungen,
wie beispielsweise Airbags, begrenzt. Wenn auch derartige anpassungsfähige Systeme
wünschenswert
sind, so erfordern sie doch typischerweise zusätzliche Bauteile beim Gasgenerator.
Außerdem
ist es noch schwieriger, einen anpassungsfähigen pyrotechnischen Gasgenerator
bereitzustellen, der die Größenanforderungen
für Fahrzeuge
erfüllen
wird, insbesondere für
die Fahrerseite und Seitenaufprallanwendungen.
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Zahlreiche
Verfahrensweisen winden für
anpassungsfähige
Airbag-Systeme vorgeschlagen. Beispielsweise offenbart das
US 4998751 einen zweistufigen
Airbag-Gasgenerator für
Automobile, der ein längliches
Gehäuse
mit einer Trennwand aufweist, die im Gehäuse angeordnet ist, die zwei
Betten des pyrotechnischen gaserzeugenden Materials trennt. Die
Trennwand des Gasgenerators des
US
4998751 ist perforiert, und der Gasgenerator verwendet
zwei Zündrohre.
Das
US 4998751 informiert
ebenfalls darüber,
daß die
Zünder
darin unterschiedlich sind, daß sie
unterschiedliche Brenngeschwindigkeiten aufweisen, und daß eine Sicherung
zwischen den zwei Zündrohren
verläuft.
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Das
US 5368329 offenbart einen
zweistufigen Gasgenerator, wo die Oberfläche der Scheiben des gaserzeugenden
Materials durch Zertrümmern
der Scheiben durch die Verwendung einer Doppelfunktionszündpille
vergrößert wird.
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Das
US 5400487 offenbart ein
variables Aufblassystem für
Airbags, das einen Prozessor für
das Auswählen
derart benutzt, welcher von der Vielzahl von Gasgeneratoren einzeln
initiiert wird, um einen optimalen Schutz für den Insassen zu bewirken.
Der Prozessor ermittelt in Verbindung mit Beschleunigungssensoren
und Insassenpositionssensoren die Anzahl der gaserzeugenden Materialbetten,
die zu zünden
sind, und die Verzögerung
zwischen einer jeden Zündung.
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Das
US 5564743 offenbart ein
mehrstufiges Airbag-Gasgeneratorsystem, worin das Gasgeneratorgehäuse zwei
getrennte Kammern enthält,
die jeweils ein gaserzeugendes Material und ein Zündsystem
enthalten. Die Wand, die die zwei Kammern trennt, weist einen zerbrechlichen
Abschnitt auf, der so ausgelegt ist, daß er als Reaktion auf ein vorgegebenes
Niveau des Gasdruckes in einer der Kammern reißt, wodurch eine Fluidverbindung
zwischen den Kammern bewirkt wird.
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Das
US 5630619 offenbart einen
anpassungsfähigen
Hybridgasgenerator fair Airbags. Während sich die vorliegende
Erfindung nicht mit Hybridgasgeneratoren befaßt, informiert dieses Patent über die
Verwendung von zwei Druckbehältern
und pyrotechnischen Heizvorrichtungen in jedem Druckbehälter. Die
zwei Behälter
sind mit einer mittleren Kammer verbunden, die Berstscheiben aufweist.
Das
US 5630619 ist repräsentativ
für den
Stand der Technik bei der Konstruktion des anpassungsfähigen Gasgenerators.
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Das
US 5765866 offenbart einen
Airbag-Gasgenerator, der aufweist: ein Metallgehäuse; einen Drahtgeflechtfilter;
Berstfolien aus nichtrostendem Stahl; und eine gaserzeugende Materialzusammensetzung,
die von 5 bis 25 Gew.-% Glimmer enthält. Das
US 5765866 schlägt nicht einen mehrstufigen
Gasgenerator vor, der mindestens zwei Kammern enthält, die
unterschiedliche Volumen und Mengen des pyrotechnischen gaserzeugenden
Materials enthalten.
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Das
US-A-5799973 offenbart einen mehrstufigen Airbag-Gasgenerator, dessen
technischen charakteristischen Merkmale im vorbeschreibenden Abschnitt
des Patentanspruches 1 vorgelegt werden. Insbesondere umfaßt der mehrstufige
Airbag-Gasgenerator ein Gehäuse,
das in zwei Kammern unterteilt ist, die aneinander angrenzen. Jede
Kammer weist auf: eine Verbrennungskammer mit einem festen gaserzeugenden
Material; eine Zündeinrichtung
für das
Zünden
des Materials; eine Filter/Kühlkammer;
und Öffnungen
in der Filter/Kühlkammer,
die mit einer Folie abgedichtet sind.
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In Übereinstimmung
mit dem als Anhang beigefügten
Patentanspruch 1 und den davon abhängigen Patentansprüchen wird
ein anpassungsfähiger,
mehrstufiger, pyrotechnischer Gasgenerator bereitgestellt, der zuverlässig Gas
für einen
Airbag eines Kraftfahrzeuges über
einen breiten Bereich von Zusammenstoßsituationen liefert.
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Für ein besseres
Verständnis
der Erfindung, ihrer funktionellen Vorteile und der spezifischen
Ziele, die durch ihre Benutzung erreicht werden, bezieht man sich
auf die beigefügten
Zeichnungen und die Beschreibung, in der die bevorzugten Ausführungen
der Erfindung veranschaulicht werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung des Äußeren einer
Ausführung
eines Gasgenerators entsprechend der Erfindung;
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2 eine
Schnittdarstellung eines Gasgenerators entsprechend der Erfindung
längs der
Linie 2-2 in 1;
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3 eine
Veranschaulichung einer Anzahl von Druck-Zeit-Kurven von des Zündung des
Gasgenerators der Erfindung mit Zeitverzögerungen zwischen der Zündung der
ersten Kammer und der zweiten Kammer, die von 0 bis 25 Mikrosekunden
variieren; und
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4 eine
Schnittdarstellung eines Gasgenerators mit drei Kammern entsprechend
der Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Mit
Bezugnahme auf 1 wird eine Ausführung eines
Gasgenerators entsprechend der Erfindung im allgemeinen mit der
Bezugszahl 10 gekennzeichnet. Der Gasgenerator 10 umfaßt ein erstes
und ein zweites Ende 12, 14. Während verschiedene Formen möglich sind,
wie beispielsweise kugelförmig,
kubisch und dergleichen, bevorzugt man, daß der Gasgenerator eine im
allgemeinen zylindrische Form aufweist. Der Gasgenerator weist Austrittsöffnungen 16,
18 auf, die um seinen Umfang angeordnet sind. Die Austrittsöffnungen 16 sind
mit der ersten Kammer (nicht gezeigt) verbunden, während die
Austrittsöffnungen 18 mit
der zweiten Kammer (nicht gezeigt) verbunden sind. Der Gasgenerator 10 weist
ebenfalls zwei elektrische Verbinder auf, die mit zwei einzelnen
Zündern
(einer für
jede Verbrennungskammer) verbunden sind, einen ersten elektrischen Verbinder 20 für den ersten
Zünder
und einen zweiten elektrischen Verbinder (nicht gezeigt) am zweiten
Ende 14.
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Wir
beziehen uns auf 2, die der Gasgenerator 10 aus 1 in
Schnittdarstellung längs
der Linie 2-2 in 1 ist. Es wird ein im allgemeinen
zylindrischer Gasgenerator mit einem ersten Ende 12 und
einem zweiten Ende 14 gezeigt. Jedes Ende weist einen elektrischen
Verbinder 20 für
das Aufnehmen eines elektrischen Signals auf, wenn der Gasgenerator
gezündet
werden soll. Die Verbinder 20 sind mit Zündpillen 21 in Verbindung,
die die Enhancer-Zusammensetzungen 22 zünden. Im Fall eines Zusammenstoßes liefert
ein elektronischer Modul (nicht gezeigt) einen elektrischen Impuls
zur ausgewählten
Zündpille,
die eine Zündfolge zündet, die
wiederum die Kügelchen 28 des
gaserzeugenden Materials zünden.
Die Verbinder 20 liefern elektrischen Strom zu den Zündpillen.
Die Zündpillen
weisen einen Faden auf, der die Enhancer-Zusammensetzung zündet. Die
Enhancer 22 können
irgendeine von einer Anzahl von bekannten Zusammensetzungen sein, die
durch die Zündpillen
leicht gezündet
werden und mit einer hohen Geschwindigkeit und Temperatur brennen.
Die Gase und die heiß brennenden
Teilchen vom gezündeten
Enhancer 22 treten durch die Öffnungen 24 im Enhancer-Gehäuse 26 aus.
Das Gas und die Teilchen zünden
dann die Kügelchen 28 des
gaserzeugenden Materials in der ersten Verbrennungskammer 30 und/oder
der zweiten Verbrennungskammer 32. Die Gase, die durch
den brennenden Enhancer erzeugt werden, und die Kügelchen
des gaserzeugenden Materials gelangen dann durch eine Kügelchenhalteplatte 34.
Die Halteplatten können
eine Metallplatte mit zahlreichen Löchern, die durch sie hinduchgebohrt
wurden, ein Sieb oder eine Platte aus Streckmetall aufweisen. Die
Halteplatte 34 hält
einfach die Kügelchen
in den Verbrennungskammern 30, 32 und gestattet
eine im wesentlichen uneingeschränkte
Bewegung des Gases aus den Verbrennungskammern 30, 32 zur
ersten Filter/Kühlkammer 36 und
zweiten Filter/Kühlkammer 38.
Die zwei Filter/Kühlkammern 36,
38 werden durch eine feste Trennwand 40 getrennt.
Die Trennwand 40 ist längs
der Achse des Gasgenerators 10 angeordnet, um gleiche oder
unterschiedliche Volumen in der ersten und der zweiten Kammer bereitzustellen.
Es sollte verstanden werden, daß der
Begriff Kammer die Verbrennungskammer und die Filter/Kühlkammer
umfaßt,
worin die Trennwand 40 die zwei Kammern trennt. In Abhängigkeit
von den tatsächlichen
Betriebsforderungen des Gasgenerators der Erfindung kann die erste
Kammer von 20 bis 80 % des gesamten Gasgeneratorvolumens ausmachen.
Bei einer bevorzugteren Ausführung
beträgt
die erste Kammer 55 bis 75 % des gesamten Gasgeneratorvolumens.
In gleicher Weise kann die erste Verbrennungskammer 20 bis 80 %
der gesamten Menge der gaserzeugenden Materialzusammensetzung enthalten,
mehr bevorzugt von etwa 55 bis 75 % und am meisten bevorzugt von etwa
55 bis etwa 65 %. Bei Ausführungen,
wo drei oder mehr Kammern vorhanden sind, kann das gaserzeugende
Material gleich unter den Kammern oder ungleich in Abhängigkeit
von den Konstruktionsforderungen des Gasgenerators aufgeteilt werden.
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Die
Gase verlassen nach dem Passieren der Filter/Kühlkammern 36, 38 den
Gasgenerator 10 an der Austrittsöffnung 16 für die erste
Kammer und an der Austrittsöffnung 18 für die zweite
Kammer. Das Innere der Austrittsöffnungen
ist vorzugsweise mit einer Folie 42 bedeckt, wie beispielsweise
einer Aluminiumfolie oder Folie aus nichtrostendem Stahl, um das
Eindringen von Wasserdampf zu verhindern. Diese Folie 42,
auf die man sich manchmal als eine „Berstfolie" bezieht, weist typischerweise
eine Dicke von 0,01 bis etwa 0,20 mm auf. Die Folie wird typischerweise
an der Innenwand der Filter/Kühlkammer
durch Verwendung eines Klebstoffes zum Haften gebracht. Die Filter/Kühlkammern 36,
38 werden mit einem wärmeaufnehmenden
Material gefüllt,
wie beispielsweise Drahtgeflecht, keramischen Kügelchen, Metallspäne und dergleichen.
Das wärmeaufnehmende
Material dient dazu, die Temperatur des erzeugten Gases zu verringern
und jegliche Schlacke oder Ruß einzuschließen, die
während
der Verbrennung des gaserzeugenden Materials 28 erzeugt
werden.
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Der
Gasgenerator 10 kann aus irgendeinem Metall konstruiert
werden, wie beispielsweise Stahl und Aluminium. Der Gasgenerator
wird vorzugsweise aus Stahl konstruiert und kann zu verschiedenen
Bauteilen gegossen oder gefräst
werden, wie es in 2 veranschaulicht wird, und
er kann danach durch Anwendung von Schweißnähten 46 zusammengebaut
werden. Vorzugsweise werden die Schweißnähte mittels eines Trägheitsschweißverfahrens
gleich dem gebildet, das in der Industrie bekannt ist.
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3 ist
eine grafische Darstellung einer Anzahl von Zündungen bei einer Ausführung des
Gasgenerators der Erfindung. Gasgeneratoren, wie sie in 2 veranschaulicht
werden, wurden hergestellt, wie es nachfolgend beschrieben wird,
und in einem 60-Liter-Behälter
gezündet,
der mit einem Druckgeber ausgestattet ist. Die Vollinien zeigen
die Tests, wo die kleinere Kammer zuerst gezündet wurde, gefolgt von einer
Zeitverzögerung
von 0, 10, 15 oder 20 Millisekunden vor dem Zünden der größeren Kammer. Die gestrichelten Linien
verkörpern
die Tests, wo die größere Kammer
zuerst gezündet
wurde, gefolgt von einer Zeitverzögerung von 10, 15, 20 oder
25 Millisekunden vor dem Zünden
der kleineren Kammer.
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Mit
Bezugnahme auf 4 und die Beschreibung, die
für 2 vorgelegt
wird, wird eine Ausführung eines
Gasgenerators in Schnittdarstellung entsprechend der Erfindung im
allgemeinen mit der Bezugszahl 60 gekennzeichnet. Der Gasgenerator 60 umfaßt ein erstes
und bzw. zweites Ende 12, 14 und ein drittes Ende 54.
Bei dieser Konfiguration ist der mehrstufige Gasgenerator der Erfindung „T"-förmig, wobei
sich die im allgemeinen zylindrischen Formen einer jeden Kammer
an der Trennwand 40 schneiden. Das dritte Ende 54 weist
Austrittsöffnungen 48 auf,
die um den Umfang der dritten Filter/Kühlkammer 50 angeordnet
sind. Der Gasgenerator 60 weist drei elektrische Verbinder 20 auf,
die mit drei einzelnen Zünderbaugruppen 44 (eine
für jede
Verbrennungskammer) verbunden sind.
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Die
Arbeitsweise ist mit der identisch, die für 2 beschrieben
winde, außer
daß eine
dritte Verbrennungskammer 52 und eine dritte Filter/Kühlkammer 50 vorhanden
sind. Wie es vorangehend offenbart wurde, können die Verbrennungskammern 30, 32 und 52 gleiche
Mengen an Kügelchen 28 des
gaserzeugenden Materials oder vorzugsweise ungleiche Mengen enthalten.
Bei dieser Ausführung
enthält
die dritte Verbrennungskammer 52 eine Menge des gaserzeugenden
Materials, die geringer ist als die der ersten Verbrennungskammer 30 und
größer als
die der zweiten Verbrennungskammer 32. In gleicher Weise
ist das Volumen und daher die Menge der Medien in der dritten Kühl/Filterkammer 50 vorzugsweise
abweichend von den anderen zwei Kühl/Filterkammern 36, 38.
Eine feste Trennwand 40 trennt eine jede der Kühl/Filterkammern 36,
38 und 50.
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Beim
Betrieb wird der Gasgenerator der Erfindung mit einem Regler (nicht
gezeigt) verbunden, der entsprechende elektrische Signale beim Erfassen
eines Zusammenstoßes
erzeugt. In Abhängigkeit
von der Heftigkeit des Zusammenstoßes und anderen Faktoren, wie
beispielsweise der Position eines Fahrgastes im Sitz, wird der Regler
veranlassen, daß eine
oder mehr der Zündpillen
zünden.
Die Zeitverzögerung
zwischen der Zündung
der Kammern und die Reihenfolge der Zündung wird ebenfalls vom Regler
berechnet. Auf diese Weise kann die Menge des Gases, die dem Kissen
zugeführt
wird, variiert werden, um das Kissen mit variierender „Härte" aufzublasen, oder
um unterschiedliche Druckniveaus mit der Zeit im Kissen zu erzeugen,
oder um die „zweite
Aufprall"-Zusammenstoßsituation
anzusprechen.
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Wie
es vorangehend offenbart wird, können
die zwei oder mehr Verbrennungskammern die gleiche Menge des gaserzeugenden
Materials oder unterschiedliche Niveaus des gaserzeugenden Materials
enthalten. Beispielsweise kann die erste Kammer 70 % des gesamten
Gasvolumens erzeugen, und die zweite Kammer kann 30 % des gesamten
Volumens aufweisen. Es wird daher offensichtlich, daß der Gasgenerator 10 für verschiedene
Anwendungen modifiziert werden kann und eine breite Vielzahl von
Ausgangsleistungen bewirken kann.
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Es
ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes
mehrstufiges Airbag-Gasgeneratorsystem
bereitzustellen, das optimal über
einen breiten Bereich von Zusammenstoßsituationen funktioniert.
Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, daß ein neuer
und verbesserter mehrstufiger Airbag-Gasgenerator bereitgestellt
wird. Es ist ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung,
daß ein neuer
und verbesserter mehrstufiger Airbag-Gasgenerator mit steuerbaren
Leistungseigenschaften bereitgestellt wird, um mehrstufige Energieaufnahmefähigkeiten
bereitzustellen.
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Die
vorangegangenen und weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden in einem neuen und verbesserten mehrstufigen Airbag-Gasgenerator
entsprechend dem Patentanspruch 1 zustande gebracht. Der Gasgenerator
umfaßt
ein Gehäuse
mit Gasaustrittsöffnungen
in direkter Verbindung mit einem aufzublasenden Airbag. Das Gehäuse umfaßt mindestens
zwei getrennte Kammern, die jeweils eine Menge des gaserzeugenden
Materials für
das Erzeugen von Gas und ein Zündsystem
dafür für das schnelle
Aufblasen des Airbags enthalten. Das Gehäuse weist eine innere undurchlässige Wand
(Trennwand) auf, die die getrennten Kammern bildet. Das Zündsystem
in einer oder mehr Kammern wird aktiviert, um eine ausgewählte Gasmenge
für das
Aufblasen des Airbags bereitzustellen. Ebenfalls ist eine Zeitverzögerungseinrichtung
im System für
das Aktivieren der mehreren Zündsysteme
als Reaktion auf eine identifizierte Art des Zusammenstoßes eingeschlossen.
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Mit
Bezugnahme auf 2 wurde ein Gasgenerator 10 aus
Stahl bei Anwendung konventioneller Verfahren und Ausrüstung konstruiert.
Schweißnähte 46 wurden
an der Verbindung der verschiedenen Teile nach dem Füllen der
Verbrennungskammern 30, 32 mit Kügelchen
eines gaserzeugenden Materials auf Nichtazidbasis angeordnet. Repräsentative
Zusammensetzungen des gaserzeugenden Materials, die im Gasgeneratorgehäuse der
Erfindung nützlich
sind, umfassen Brennstoffe, wie beispielsweise die Alkalimetallazide,
Aminotetrazole, Tetrazole, Bitetrazole, Triazole, deren Metallsalze,
Guanidinnitrat, Aminoguanidinnitrat und deren Mischungen, in Kombination
mit einem Oxidationsmittel, wie beispielsweise Alkali- und Erdalkalimetallnitraten, -chloraten,
-perchloraten, Ammoniumnitrat und deren Mischungen. Ein bevorzugtes
gaserzeugendes Material weist eine Mischung aus Nitroguanidin und
Ammonoiumnitrat auf. Typischerweise kann das gaserzeugende Material
oder Gaserzeugungsmaterial etwa 15 bis etwa 70 Gew.-% Brennstoff,
etwa 2 bis etwa 80 Gew.-% Oxidationsmittel und etwa 1 bis etwa 30
Gew.-% andere Materialien aufweisen, wie beispielsweise Kühlmittel
und Verarbeitungshilfsmittel. Das gaserzeugende Material kann zu
verschiedenen Formen bei Anwendung verschiedener den Fachleuten
bekannten Verfahrensweisen geformt werden.
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Es
ist wünschenswert,
die Zusammensetzung des gaserzeugenden Materials zu pelletieren.
Um das zu tun, können
bis zu etwa 5 Gew.-%, typischerweise 0,2 bis 5 Gew.-%, eines Preßhilfsmittels
oder Bindemittels eingesetzt werden. Diese können aus Materialien ausgewählt werden,
die als für
diesen Zweck nützlich bekannt
sind, und umfassen Molybdändisulfid,
Graphit, Elastomere, Polyester, Bornitrid, Siliciumdioxid, Talk, Calciumstearat
und Tonerden.
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Die
Zusammensetzung des gaserzeugenden Materials kann optional einen
Katalysator mit bis zu etwa 3 Gew.-% enthalten, typischerweise zwischen
etwa 1 und etwa 2 Gew.-%. Kupferchromat und Malorie-Blau (ein Ferro-Eisencyanid)
sind repräsentative
Verbrennungskatalysatoren.
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Bei
diesen Testgasgeneratoren und mit Bezugnahme auf 2 enthielt
die erste Verbrennungskammer 30 35 Gramm der Kügelchen 28 des
gaserzeugenden Materials. Die zweite Verbrennungskammer 32 enthielt
25 Gramm der Kügelchen 28 des
gaserzeugenden Materials. Die Zündpillen 21 werden
durch elektrische Verbinder 20 mit einer Sensoreinrichtung
(nicht gezeigt) verbunden, die einen Fahrzeugzusammenstoß nachweist.
Der Sensor initiiert ein Zündungssignal,
das eine oder beide der Zündpillen 21 aktiviert,
was die Enhancer-Zusammensetzung 22 zündet, was wiederum die Zusammensetzung 28 des
gaserzeugenden Materials zündet.
Ein Regler (nicht gezeigt) ermittelt, welche Zündpille zuerst zu zünden ist,
und die Zeitverzögerung (wenn überhaupt)
zwischen der Zündung
der Zündpillen
und daher der zwei Verbrennungskammern.
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Die
Zünderbaugruppe 44 ist
am Gasgeneratorgehäuse
mittels irgendwelcher nützlicher
Hilfsmittel befestigt, und sie wird vorzugsweise mittels einer Schweißnaht 46 befestigt.
Wie es hierin benutzt wird, wird als „Zündpille" eine Vorrichtung verstanden, die die
erste Zündung
in der Verbrennungsfolge initiieren wird, und sie kann beispielsweise
eine elektrische Vorrichtung mit zwei Elektroden sein, die voneinander
isoliert und durch einen Überbrückungsdraht
verbunden sind. Der Überbrückungsdraht
ist vorzugsweise in einer oder mehr Schichten eines pyrotechnischen
Materials eingebettet, so ausgelegt, daß ein Wärmeblitz von ausreichender
Intensität
geliefert wird, um die Enhancer-Zusammensetzung 22 zu zünden. Jene
Fachleute werden verstehen, daß verschiedene
elektrische, elektronische, mechanische und elektromechanische Initiatoren,
wie beispielsweise ein Halbleiterbrückeninitiator, bei der vorliegenden
Erfindung zur Anwendung gebracht werden können.
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Das
gaserzeugende Material 28 wird durch die sehr heißen Gase
und Teilchen entzündet,
die durch die Verbrennung der Enhancer-Zusammensetzung 22 erzeugt
werden, die aus den Zünderbaugruppenöffnungen 24 austreten.
Die resultierende Zündung
des gaserzeugenden Materials führt
zur Erzeugung von Gasen, die durch die Halteeinrichtung 34 für Kügelchen
und danach durch die Kühl/Filterkammern 36,
38 gelangen. Im allgemeinen gelangen die Gase, die bei der
Zündung
der Kügelchen 28 des
gaserzeugenden Materials erzeugt werden, durch die Halteeinrichtung 34 für Kügelchen
und gelangen weiter in einer Richtung im wesentlichen parallel zur
Achse der Kammer, während
sie durch die Filter/Kühlmedien
gelangen, die innerhalb der Filter/Kühlkammern 36, 38 enthalten
sind. Die Gase werden beim Aufprallen auf die Trennwand 40 gezwungen,
sich um neunzig Grad zu drehen und treten durch die Öffnungen 16,
18 nach dem Zerreißen
der Berstfolien 42 aus.
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Die
Kühl/Filterkammern 36,
38 werden mit einem Filter/Kühlmedium gefüllt, wie
beispielsweise keramischen Spänen,
Metallspänen
oder vorzugsweise Drahtgeflecht. Das Drahtgeflecht besteht vorzugsweise aus
nichtrostendem Stahl; jedoch kann Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
verwendet werden. Die Verbrennungsgase treten nach dem Hindurchgehen
durch das Kühl/Filtermaterial
aus dem Gasgeneratorgehäuse 10 an
den Austrittsöffnungen 16,
18 aus. Eine Anzahl von Austrittsöffnungen 16, 18 kann
variiert und um den Umfang des Gehäuses am Ende der Kühl/Filterkammern
distal zu den Verbrennungskammern beabstandet werden. Die Austrittsöffnungen 16,
18 werden vorzugsweise mit einer Folie 42, vorzugsweise
einer Berstfolie aus nichtrostendem Stahl, auf der Innenseite des
Gehäuses
abgedichtet. Wenn der Druck innerhalb der Kammern 36, 38 über einen
vorgegebenen Wert ansteigt, zerreißen die Folien, und die Gase
entweichen aus dem Gasgenerator durch die Öffnungen 16, 18,
was den Airbag (nicht gezeigt) dann aufbläst.
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BEISPIEL I
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TESTEN DES
GASGENERATORS
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Acht
Gasgeneratoren, im wesentlichen so, wie sie vorangehend und in 2 beschrieben
werden, wurden konstruiert, worin die kleinere Verbrennungskammer
25 Gramm der Kügelchen
des gaserzeugenden Materials Ammoniumnitrat/Nitroguanidin enthielt.
Die größere Kammer
war mit 35 Gramm des gaserzeugenden Materials gefüllt. Ein
zusammengedrücktes
Drahtgeflecht aus nichtrostendem Stahl 304 (0,023") wurde in den Kühl/Filterkammern
angebracht; 25 Gramm in der kleineren Kammer und 50 Gramm in der
größeren Kammer.
Die Enhancer enthielten 2 und bzw. 4 Gramm einer konventionellen
Enhancer-Zusammensetzung. Die zusammengebauten Gasgeneratoren wurden
in einem 60-Liter-Testbehälter bewertet,
der mit einer Ausrüstung
ausgestattet war, um das Druck- und Zeitprofil festzuhalten. Die
Gasgeneratoren wurden in den Behälter eingebaut
und gezündet.
Die resultierenden Druck-über-Zeit-Kurven
werden in 3 vorgefunden. Diese Daten zeigen
eindeutig, daß der
Gasgenerator der Erfindung einen breiten Bereich von Drücken zu
einem bestimmten Zeitpunkt zur Verfügung stellen kann. Beispielsweise
kann bei Verwendung eines Gasgenerators mit doppelter Kammer entsprechend
der Erfindung ein Druck von 125 bis 300 kPa 20 Millisekunden (ms)
nach des Zündung
geliefert werden. Dieser Bereich von Drücken kann durch Zündung der
kleineren Kammer zuerst und danach Zündung der größeren Kammer
20 ms später
für den
niedrigen Druck von 125 kPa und durch Zündung beider Kammern gleichzeitig
für den
hohen Druck von 300 kPa erreicht werden.
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BEISPIEL II
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PARTIKEL-
UND GASANALYSE
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Drei
Gasgeneratoren wurden zusammengebaut, wie es im Beispiel I beschrieben
wird, und sie wurden in einer 100 ft3 Testkammer
bewertet. Dieser Test ist so ausgelegt, daß er das Innenvolumen eines
normalen Autos simuliert. Die Gasanalyse und die Partikelanalyse
sind ebenfalls bei Anwendung dieses Tests möglich. Die Testanlage bestand
aus einer 100 ft3 Stahlkammer, die einen
Lenkradsimulator enthielt. An der Kammer wurden eine Vakuumpumpe,
ein Blasenströmungsmesser,
Filter und ein Fourier Transform Infrarotspektralfotometer (FTIR)
angebracht. Der Gasgenerator wurde an der simulierten Lenkradbaugruppe
innerhalb der Kammer angebracht, die Kammer wurde abgedichtet, und
das gaserzeugende Material wurde gezündet. Die Gasproben wurden
bei Benutzung des FTIR zum Nullzeitpunkt (Hintergrund) in Intervallen
von 1, 5, 10, 15 und 20 Minuten von der Zündung an analysiert. Die Erzeugung
von schwebenden Partikeln kann ebenfalls bei Verwendung der 100
ft3 Testkammer durch Filtern der Luft aus
der Kammer nach der Zündung
durch einen feinen Filter und Messen des Gewichtes, das vom Filter
aufgenommen wird, gemessen werden.
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Die
schwebenden Partikel wurden bei Verwendung einer einstufigen Sammelvorrichtung
gesammelt. Die Menge der schwebenden Partikel wurde bei Verwendung
eines Analysenwaage ermittelt. Die Partikelfilter nach der Analyse
wurden zwei Stunden bei 104 °C
getrocknet, um das Niveau an Wasser oder flüchtigen Materialien in den
Filtern zu ermitteln. Es wurde kein nachweisbarer Masseverlust beobachtet.
Die Tabelle 1 enthält
die Ergebnisse von diesem Test. Zwei 25 ms Verzögerungstests wurden durchgeführt und
eine 15 ms Verzögerung.
Bei allen drei Versuchen wurde die große Kammer zuerst gezündet.
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TABELLE
1 Daten
zur Freisetzung von schwebenden Partikeln
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Die
Gasproben wurden ebenfalls hinsichtlich Ammoniak, Benzol, Kohlendioxid,
Kohlenmonoxid, Formaldehyd, Chlorwasserstoff, Blausäure, Methan,
Stickstoffinonoxid, Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid und Wasserdampf
bei Anwendung des FTIR analysiert. Die Proben wurden direkt zum
FTIR über
sechs Fuß eines Fluorpolymerrohres
mit einem Außendurchmesser
von ¼ in. übertragen.
Die Tabelle 2 enthält
die Ergebnisse der gasförmigen
Freisetzungen.
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