DE19541796A1

DE19541796A1 - Gasgenerator mit Thermoelement

Info

Publication number: DE19541796A1
Application number: DE1995141796
Authority: DE
Inventors: Klaus Bernau
Original assignee: Temic Bayern Chemie Airbag GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 1997-05-15

Description

Die Erfindung betrifft Gasgeneratoren, insbesondere für passive Rückhaltesysteme, deren Gasdruckschwankungen im Gasgenerator ΔP_G(t) und im Gassack ΔP_S(t), die durch die unterschiedlichen Umgebungstemperaturen T_amb verursacht werden, minimal sind.

Es sind Rückhaltesysteme bekannt, die mit einem Gassack (Airbag) ausgestattet sind, der durch ein von einem im Gasgenerator erzeugten, Gas aufgeblasen wird. Es existieren mehrere verschiedene Systeme: der pyrotechnische Gasgenerator und der Hybrid-Gasgenerator. Der pyrotechnische Gasgenerator besteht im wesentlichen aus einer Anzündkammer, einer Brennkammer und einer Filterkammer. Im Auslösefall wird in der Anzündkammer eine Initialzündung angeregt. Dadurch wird der eigentliche gaserzeugende Treibstoff in der Brennkammer gezündet. Das hierbei erzeugte Gas verläßt durch die Brennkammeröffnungen die Brennkammer und gelangt in die Filterkammer in der es gereinigt wird und über die Abströmöffnungen einen Gassack aufbläst.

Der Hybrid-Gasgenerator beinhaltet einen Behälter, der bereits mit Gas gefüllt ist und unter Druck steht und mit einen Berstmembran verschlossen ist. Weil dieses Gas bei der Zündung nicht erst pyrotechnisch erzeugt werden muß, wird es als Kaltgas bezeichnet. Weiterhin beinhaltet ein Hybrid-Gasgenerator einen Anzünder, der in einer Brennkammer ragt und dort im Falle der Auslösung einen Brennsatz in Form von Treibsatzscheiben zündet. Dieses pyrotechnisch erzeugte Gas auch Heißgas genannt, zerstört den Berstmembran, so daß das Kaltgas aus dem Behälter entweichen kann. Heißgas und Kaltgas vermischen sich und entweichen durch die Abströmöffnung am Brennkammergehäuse nach außen, wo sie zum Aufblasen eines Gassackes dienen oder einem anderen Verbraucher zugeführt werden.

Beide Systeme sind abhängig von der Umgebungstemperatur T_amb. Folgende typische Werte werden bei den unterschiedlichen Bedingungen erreicht.

Bei einer Umgebungstemperatur von T_amb = -35°C beträgt die Aufblasdauer t von der Zündung ab bis zum vollständig aufgeblasenen Gassack t = 70 ms (Figur: 2; Kurve: 2). Der maximale Druck im Gasgenerator beträgt p_G = 70bar (Figur: 3; Kurve: 2). Der Druck im aufgeblasenen Gassack ist p_S = 1,9bar (Figur: 2; Kurve: 2)
Bei einer Umgebungstemperatur von T_amb = +25°C beträgt die Aufblasdauer t von der Zündung ab bis zum vollständig aufgeblasenen Gassack t = 50 ms (Figur: 2; Kurve: 3). Der maximale Druck im Gasgenerator beträgt P_G = 110bar (Figur: 3; Kurve: 3). Der Druck im aufgeblasenen Gassack ist p_S = 2,2bar (Figur: 2; Kurve: 3)
Bei einer Umgebungstemperatur von T_amb = +85°C beträgt die Aufblasdauer t von der Zündung ab bis zum vollständig aufgeblasenen Gassack t = 40 ms (Figur: 2; Kurve: 1). Der maximale Druck im Gasgenerator beträgt p_G = 170bar (Figur: 3; Kurve: 1). Der Druck im aufgeblasenen Gassack ist p_S = 2,6bar (Figur: 2, Kurve: 1)
Nachteilig an diesen Anordnungen ist jedoch, daß sowohl die Druckschwankungen im Gasgeneratorgehäuse und im vollaufgeblasenen Gassack (Δp_G(t) = 100bar (Figur: 3), Δp_S(t) = 0,7bar (Figur: 2)) als auch die Schwankungen in der Aufblasdauer (Δt = 30ms (Figur: 2)) sehr groß sein können. Bei einer hohen Umgebungstemperatur ist die Aufblasgeschwindigkeit, der Druck im Gasgenerator und im Gassack sehr viel höher als bei einer niedrigen. Die dadurch verursachten hohen Druckdifferenzen können im Extremfall bewirken, daß z. B. der Gasgenerator berstet und der Gassack zu schwach oder zu stark aufgeblasen wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Gasgenerator der eingangs genannten Art zu schaffen, der von der Umgebungstemperatur unabhängig ist, so daß der Gassack oder ein andere Verbraucher immer mit dem selben Gasdruck in derselben Zeit aufgeblasen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Hierbei mißt ein Thermoelement die Umgebungstemperatur am Gehäuse des Gasgenerator und steuert bei Diskrepanzen zum Sollwert oder ab einer bestimmten Soliwertschwelle eine Erwärmung oder Kühlung des Gasgeneratorengehäuses auf die gewünschte Betriebstemperatur bzw. auf den Betriebstemperaturbereich.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Druckschwankungen, die durch die Schwankungen der Umgebungstemperatur entstehen, stark reduziert werden. Dadurch kann das Gasgeneratorengehäuse und der Gassack innerhalb kleinerer Toleranzen dimensioniert werden. Auch kann bei einer stabilen Betriebstemperatur bzw. einem eingeengten Betriebstemperaturbereich die Treibstoff- oder Gasmenge optimiert werden. All diese Punkte führen dazu, daß die Konstruktion und der Prüfungsaufwand vereinfacht werden können.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihre vorteilhaften Weiterbildungen werden im folgenden anhand zweier Zeichnung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 Schematischer, erfindungsgemäßer Aufbau

Fig. 2 Kurvenschar Gasdruck des Gassackes über die Zeit bei verschiedenen Temperaturen

Fig. 3 Kurvenschar Gasdruck des Gasgeneratorengehäuses über die Zeit bei verschiedenen Temperaturen
In Fig. 1 ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen Gasgenerators mit Thermoelement dargestellt. Hierbei wird von einem Thermoelement 2 die Umgebungstemperatur eines Gasgenerators 1 und des Gassackes 6 erfaßt. Zweckmäßiger Weise wird die Umgebungstemperatur direkt am Gehäuse oder in Gehäusenähe abgegriffen. Vom Thermoelement 2 wird die Information über die Umgebungstemperatur entweder direkt oder in einer Steuerung/Regelung 5 ausgewertet. Liegt die gemessene Umgebungstemperatur unter der gewünschten Betriebstemperatur oder dem Betriebstemperaturschwellwert wird eine entsprechende Wärmequelle 3 dazugeschaltet, die den Aufbau solange erwärmt bis der gewünschte Wert erreicht ist. Da in der Regel das Generatorgehäuse aus Metall besteht nimmt dieses die Wärme gut auf bzw. gibt Wärme ab. Ist die Umgebungstemperatur höher als die gewünschte Betriebstemperatur oder einem Betriebstemperaturschwellwert, so sorgt ein Kühlelement 4 für eine Verringerung der Umgebungstemperatur auf die gewünschte Betriebstemperatur. Basierend auf diesen Grundlagen sind verschiedenste Varianten realisierbar.

a) Die Betriebstemperatur ist konstant und der Wert liegt zwischen der maximal und minimal zulässigen Umgebungstemperatur. Das heißt zur Aufrechterhaltung der konstanten Betriebstemperatur werden eine Wärmequelle und ein Kühlelement oder andere Wärmetauscher benötigt, die je nach Zustand des Thermoelements oder der Thermoelemente evtl. über eine Steuer/Regeleinheit hinzugeschaltet werden. Durch diese Vorrichtung/en kann eine gleichbleibende Betriebstemperatur erzielt werden, indem bei zu hoher Umgebungstemperatur der Gasgenerator abgekühlt bzw. bei zu niedriger Temperatur erwärmt wird. Durch die konstant Betriebstemperatur ist der Druckverlauf im Gasgenerator und im Gassack und die Aufblasdauer immer gleich. Dadurch ist auch die Treibstoffmenge bzw. Gasmenge genau definiert, da keine Reserven mehr benötigt werden. Auch kann bei einem immer gleichen Gasdruckverlauf das Gehäuse und der Gassack genau den Anforderungen entsprechend ausgelegt werden. Es werden keine Toleranzen/Reserven benötigt.
b) Wenn die Betriebstemperatur den Wert der maximal zulässigen Umgebungstemperatur haben soll, dann wird nur eine Wärmequelle benötigt, die bei niedriger Umgebungstemperatur, welche mit dem Thermoelement bestimmt wird, den Gasgenerator auf die maximale Temperatur aufheizt. In diesem Fall wird ein Minimum an Treibstoff oder Gas benötigt, da die hohe Betriebstemperatur auch einen höheren Druck bzw. einen schnelleren Reaktionsablauf bewirkt.
c) Hat die gewünschte Betriebstemperatur den Wert der minimal zulässigen Umgebungstemperatur so wird nur ein Kühlelement benötigt, welches den Gasgenerator und den Gassack auf den Minimalwert hinunterkühlt. Auch hier werden die Temperaturen oder die Temperaturschwelle mit dem Thermoelement bestimmt. Das Thermoelement ist dann entweder selbst als Schalter ausgebildet oder es betätigt an einer Steuer oder Regeleinrichtung einen Schalter der je nach Bedarf das Kühlelement hinzu- oder abschaltet.
d) Ebenso ist es von Vorteil die Betriebstemperatur nicht nur auf einen Wert zu beschränken, sondern auf einen Wertebereich auszudehnen, dessen Minimumwert innerhalb des zulässigen Umgebungstemperaturbereiches liegt und dessen Maximalwert der maximal zulässigen Umgebungstemperatur entspricht. In diesem Falle würde nur eine Wärmequelle benötigt, die die Anordnung auf den gewünschten Betriebstemperaturbereich hält. Wird dieser Bereich weiterhin so gewählt, daß er dem typischen Umgebungstemperaturbereich (z. B. 25°C - +85°C) entspricht, wird die Wärmequelle nur in Ausnahmesituationen benötigt, wodurch Energie eingespart und die Druckdifferenzen verringert werden könnten.
e) Ist dagegen der Betriebstemperaturbereich ein Wertebereich, dessen Maximumwert innerhalb des zulässigen Umgebungstemperaturbereiches liegt und dessen Minimumwert der minimal zulässigen Umgebungstemperatur entspricht, so würde nur ein Kühlelement benötigt um die Anordnung innerhalb des gewünschten Bereichs zu halten. Wird dieser Bereich weiterhin so gewählt, daß er dem typischen Umgebungstemperaturbereich (z. B. -35°C - +25°C) entspricht, wird das Kühlelement nur in Ausnahmesituationen benötigt, wodurch Energien eingespart und die Druckdifferenzen verringert werden könnten.
f) Liegt der Betriebstemperaturbereich innerhalb des typischen Umgebungstemperaturbereiches (z. B. -20°C - +40°C) so wird nur in Ausnahmesituationen ein Kühlelement bzw. eine Wärmequelle benötigt wodurch ebenfalls Energien eingespart und die möglichen Druckdifferenzen reduziert werden könnten.

Für all diese Ausführungsbeispiele kann der Gasgenerator sowohl mit einem separaten Thermoelement und einer separaten Aufwärm- bzw. Abkühlvorrichtung ausgestattet werden, als auch die vorhandenen Einrichtungen wie Klimaanlage oder Standheizung nutzen.

Fig. 2 zeigt eine Kurvenschar in dem der Gasdruck des Gassackes über die Zeit bei verschiedenenen Temperaturen dargestellt ist. Auch ist in dieser Figur die Aufblasdauer t des Gassackes ersichtlich bzw. die temperaturabhängigen Schwankungen der Aufblasdauer Δt. Analog zu den unter Fig. 1 erwähnten Varianten ergibt sich für die Gasdruckkurven des Gassackes p_s(t) folgendes:

a) Es gibt nur eine Gasdruckkurve. Diese Gasdruckkurve liegt bei gleicher Treibstoff-/Gasmenge zwischen den Kurven 1 und 2. Sie ist unabhängig von der Umgebungstemperatur T_amb.
b) Es gibt nur eine Gasdruckkurve. Diese Gasdruckkurve entspricht bei gleicher Treibstoff-/Gasmenge der Kurve 1 im Anwendungsbeispiel (-35°C < T_amb < +85°C). Sie ist unabhängig von der Umgebungstemperatur T_amb.
c) Es gibt nur eine Gasdruckkurve. Diese Gasdruckkurve entspricht bei gleicher Treibstoff-/Gasmenge der Kurve 2 im Anwendungsbeispiel (-35°C < T_amb < +85°C). Sie ist unabhängig von der Umgebungstemperatur T_amb.
d) Hier ergibt sich eine Gasdruckkurvenschar. Diese Gasdruckkurvenschar wird nach oben hin von der Kurve 1 begrenzt. Nach unten hin wird sie im Anwendungbeispiel von Kurve 3 begrenzt. Die möglichen Druckdifferenzen Δp_S(t) sind nur noch eingeschränkt abhängig von der Umgebungstemperatur T_amb. Im Anwendungsbeispiel wurden die möglichen Druckdifferenzen Δp_S(t) und die Aufblasdauerschwankungen Δt um ca. 50% reduziert
e) Hier ergibt sich ebenfalls eine Gasdruckkurvenschar. Diese Gasdruckkurvenschar wird nach unten hin von der Kurve 2 begrenzt. Nach oben hin wird sie im Anwendungbeispiel von Kurve 3 begrenzt. Die möglichen Druckdifferenzen Δp_S(t) sind nur noch eingeschränkt abhängig von der Umgebungstemperatur T_amb. Im Anwendungsbeispiel wurden die möglichen Druckdifferenzen Δp_S(t) und die Aufblasdauerschwankungen Δt um ca. 50% reduziert
f) Auch hier ergibt sich eine Gasdruckkurvenschar. Diese Gasdruckkurvenschar liegt je nach gewähltem Temperaturbereich zwischen Kurve 1 und Kurve 2. Im Anwendungbeispiel sind die möglichen Druckdifferenzen Δp_S(t) sind nur noch eingeschränkt abhängig von der Umgebungstemperatur T_amb. Auch hier wurden die möglichen Druckdifferenzen Δp_S(t) und die Aufblasdauerschwankungen Δt um ca. 50% reduziert

Fig. 3 zeigt eine Kurvenschar in dem der Gasdruck im Gasgenerator über die Zeit bei verschiedenenen Temperaturen dargestellt ist. Analog zu den unter Fig. 1 und Fig. 2 erwähnten Varianten ergibt sich für die Gasdruckkurven des Gassackes p_G(t) folgendes:

a) Es gibt nur eine Gasdruckkurve. Diese Gasdruckkurve liegt bei gleicher Treibstoff-/Gasmenge zwischen den Kurven 1 und 2. Sie ist unabhängig von der Umgebungstemperatur T_amb.
b) Es gibt nur eine Gasdruckkurve. Diese Gasdruckkurve entspricht bei gleicher Treibstoff-/Gasmenge der Kurve 1 im Anwendungsbeispiel (-35°C < T_amb < +85°C). Sie ist unabhängig von der Umgebungstemperatur T_amb.
c) Es gibt nur eine Gasdruckkurve. Diese Gasdruckkurve entspricht bei gleicher Treibstoff-/Gasmenge der Kurve 2 im Anwendungsbeispiel (-35°C < T_amb < +85°C). Sie ist unabhängig von der Umgebungstemperatur T_amb.
d) Hier ergibt sich eine Gasdruckkurvenschar. Diese Gasdruckkurvenschar wird nach oben hin von der Kurve 1 begrenzt. Nach unten hin wird sie im Anwendungbeispiel von Kurve 3 begrenzt. Die möglichen Druckdifferenzen Δp_G(t) sind nur noch eingeschränkt abhängig von der Umgebungstemperatur T_amb. Im Anwendungsbeispiel wurden die möglichen Druckdifferenzen Δp_G(t) um ca. 50% reduziert
e) Hier ergibt sich ebenfalls eine Gasdruckkurvenschar. Diese Gasdruckkurvenschar wird nach unten hin von der Kurve 2 begrenzt. Nach oben hin wird sie im Anwendungbeispiel von Kurve 3 begrenzt. Die möglichen Druckdifferenzen Δp_G(t) sind nur noch eingeschränkt abhängig von der Umgebungstemperatur T_amb. Im Anwendungsbeispiel wurden die möglichen Druckdifferenzen Δp_G(t) um ca. 50% reduziert
f) Auch hier ergibt sich eine Gasdruckkurvenschar. Diese Gasdruckkurvenschar liegt je nach gewähltem Temperaturbereich zwischen Kurve 1 und Kurve 2. Im Anwendungbeispiel sind die möglichen Druckdifferenzen Δp_G(t) sind nur noch eingeschränkt abhängig von der Umgebungstemperatur T_amb. Auch hier wurden die möglichen Druckdifferenzen Δp_G(t) um ca. 50% reduziert.

Der Vollständigkeit halber, sei erwähnt, daß das beschriebene Prinzip für alle Arten von Gasgeneratoren, wie z. B.: Pyrotechnische, Hybrid, Flüssiggas, Alkohol, Druckluft Gasgeneratoren und alle Rückhaltesysteme, wie z. B.: Doorbag, Sidebag, Seatbag, Gültigkeit hat.

Claims

1. Gasgeneratoren (1), insbesondere für passive Rückhaltesysteme in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermoelement (2) eine Wärmequelle (3) und/oder ein Kühlelement (4) oder anderen Wärmetauscher ansteuert, welche die Betriebstemperatur des Gasgenerators (1) verändert.

2. Gasgenerator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (2) über die Steuer-/Regeleinheit (5) die Wärmequelle (3), das Kühlelement (4) und/oder einen anderen Wärmetauscher ansteuert.

3. Gasgenerator nach Patentanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die bereits im Fahrzeug eingebaute Batterie, Klimaanlage bzw. Standheizung als Wärmequelle (3) bzw. Kühlelement (4) dient.

4. Gasgenerator nach Patentanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoelement (2) der bereits im Fahrzeug eingebaute Klimaanlage bzw. Standheizung zur Bestimmung der Betriebstemperatur genutzt wird.

5. Gasgenerator nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem Gassack, dadurch gekennzeichnet, daß der Gassack (6) mit der gleiche Betriebstemperatur wie der Gasgenerator betrieben wird.