DE19547335A1

DE19547335A1 - Gehäuse eines Gasgenerators für ein Airbagsystem

Info

Publication number: DE19547335A1
Application number: DE1995147335
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Bauer; Franz Dipl Ing Fuerst; Harald Dipl Ing Seidel
Original assignee: Temic Bayern Chemie Airbag GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1997-06-26
Also published as: WO1997022499A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasgenerator für ein Airbagsystem eines Fahrzeugs, der aus einem oder mehreren einzelnen Gehäuseteilen, ins besondere aus einer Brennkammer zur Unterbringung ein es aktivierbaren Treibstoffs, der nach der Aktivierung ein Treibgas zum Aufblasen eines Air bags erzeugt, aufgebaut ist.

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

Im Falle eines harten Aufpralls eines Kraftfahrzeugs erzeugen sogenannte Gasgeneratoren eines Airbagsystems Gas zum Füllen eines Luftsackes, der dann einen Fahrzeuginsassen vor dem Aufprall auf harte Fahrzeuginnenteile wie das Lenkrad oder die Seitenverkleidungen schützt. Diese Gasgenerato ren sind im allgemeinen von pyrotechnischer Art, so daß durch einen Stromimpuls von der einen Fahrzeugcrash erkennenden Sensorik eine An zündeeinheit aktiviert wird. Die Anzündung der sogenannten Anzündladung erzeugt heiße Partikel, die dann auf die Oberfläche eines meist in Tabletten form vorliegenden Treibstoffs treffen, der dann selbst zündet und in der so genannten Brennkammer unter einem hohem Druck abbrennt. Durch den Abbrand des Treibstoffs entsteht ein Gas zum Füllen des Luftsackes. Da ne ben reinem Gas auch noch flüssige bzw. feste Bestandteile bei der Verbren nung entstehen, sind in dem Gehäuse des Gasgenerators auch entsprechen de Filter vorgesehen, durch die der Gasstrom vor Austritt aus dem Gasge nerator gereinigt wird.

Da die beschriebenen Gasgeneratoren von pyrotechnischer Art sind, unter liegen sie in Deutschland einer Zulassungspflicht durch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Eine Anforderung innerhalb dieser Prüfung ist die sogenannte Brandprüfung. Durch die Brandprüfung wird festgestellt, daß das Gehäuse des Gasgenerators, das sich beim Erhitzen des Gasgenerators durch eine Flamme (z. B. Gasflamme) zwar entzünden darf, da bei aber im Verbund erhalten bleibt, d. h., daß kein Fragmentieren des Gas generators stattfinden darf.

Folglich muß das Gehäuse des Gasgenerators eine hohe Temperaturbestän digkeit und Festigkeit aufweisen. Zusätzlich muß gewährleistet sein, daß der beim Abbrand des Treibstoffes entstehende Druck nicht zur Zerstörung der Verbindungsstellen der einzelnen miteinander verbundenen Gehäuseteile des Gasgenerators führt. Beispielsweise darf der Gasaustritt aus der Brenn kammer nur an den bestimmten dafür vorgesehenen Stellen in die Expan sionskammer erfolgen.

Der aus der US 4,561,675 bekannte Gasgenerator weist ein Gehäuse aus Alu minium auf, das kompliziert aufgebaut ist und dessen Gehäuseteile aufwen dig miteinander verbunden sind. Es ist außerdem bekannt, daß aus Alu minum gefertigte Gegenstände nicht hochtemperaturfest sind. Um den oben genannten Anforderungen zu genügen, sind Gehäusewände des be kannten Gasgenerators mit einer bestimmten Dicke ausgebildet, so daß das Gehäuse ein relativ hohes Gewicht aufweist. Weiterhin ist es von Nachteil, daß das bekannte Gehäuse zur Erfüllung der verschiedenen Aufgaben des Gasgenerators in eine Vielzahl einzelner Kammern unterteilt ist, die bereits bei der Fertigung des Gehäuses ausgebildet werden müssen. Folglich ist die Herstellung des bekannten Gehäuses aufwendig und teuer.

Der bekannte Gasgenerator besteht aus mehreren Gehäuseteilen, deren Ver bindungsstellen aufgrund der oben erwähnten Zulassungsbestimmungen sorgfältig hergestellt werden müssen. Die verbindungsstellen beinhalten aber stets eine mögliche Gefahrenquelle für eine Fragmentierung der Ge häuseteile. Durch die komplexe Bauweise der Gehäuseteile wird das Fehler potential bei der Herstellung des Gehäuses zusätzlich erhöht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den bekann ten Gasgenerator derart weiterzuentwickeln, daß das Gehäuse des Gasgene rators einerseits ein möglichst geringes Gewicht aufweist und andererseits eine ausreichende Festigkeit besitzt und den an einen Gasgenerator gestell ten, erforderlichen Sicherheitsvorschriften genügt.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der Patentan sprüche 1 bis 3 dadurch gelöst, daß zumindest Teilbereiche des Gehäuses aus einem Verbundwerkstoff mit einem polymeren Matrixmaterial und ei nem Anteil von vorzugsweise 30% faser- oder teilchenförmigem Verstär kungsstoff oder kombiniertem faserförmigen Verstärkungsstoff gefertigt sind.

Der erfindungsgemäße Gasgenerator ist aus einzelnen Gehäuseteilen aufge baut, die aus einem Matrixmaterial mit einem eingearbeiteten Fasermaterial oder einem teilchenförmigen Verstärkungsstoff gefertigt sind. Bevorzugt läßt sich für das Matrixmaterial ein duroplastischer oder ein thermoplasti scher Werkstoff verwenden. In das Matrixmaterial werden Fasern, beispiels weise Glasfasern, Kohlenstoffasern, auch unter dem Markennamen Aramid oder Teflon bekannte Fasern oder als Teilchen Glaskugeln eingebaut. Es ist aber ebenso möglich, auch Fasermaterialien aus Polyparaphenylentereph thalamid zu verwenden, das z. B. unter den Markennamen Kevlar oder Twa ron bekannt ist. Vorzugsweise können die Fasern innerhalb des Matrixmate rials miteinander verbunden sein, d. h., untereinander vernetzt oder ver knotet sein; ferner unidirektional, bidirektional, tridirektional oder multidi rektional angeordnet werden, wobei sich die multidirektionale Anordnung bei Übereinanderlegen mehrerer bidirektionaler Schichten in unterschiedli cher Orientierung ergibt. Dies führt zu einer weiteren Festigkeitssteigerung. Schließlich kann auch eine Hybrid-Verstärkung aus zwei oder drei Faser materialien vorgesehen werden, vorzugsweise eine aus Carbon- und Glas fasern kombinierte Verstärkung.

Diese Fasermaterialien bestehen aus einem organischen Grundgerüst und sind besonders wärmeresistent. Ebenso vorteilhaft ist es, Fasermaterialien aus anorganischen, vorzugsweise keramischen Fasermaterialien einzusetzen, die eine hohe verschleiß-, Korrosions- und Oxydationsbeständigkeit besit zen. Dies ist vor allem deshalb wichtig und sinnvoll, da in ein Fahrzeug ein gebaute Airbagsysteme meist über einen längeren Zeitraum hinweg nicht zum Einsatz kommen.

Aufgrund der guten Verarbeitbarkeit und Verformbarkeit der faser- oder teilchenverstärkten Kunststoffe lassen sich Gehäuseteile von Gasgenerato ren mit beliebiger Materialdicke und Materialfestigkeit ausbilden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung sind die einzelnen Gehäuseteile über Anlageflächen miteinander ver bunden, die eine profilierte Oberflächenstruktur aufweisen. Durch eine der artige Ausbildung der Verbindungsflächen der Gehäuseteile läßt sich eine zusätzliche Festigkeitserhöhung der Gehäuseverbindungen erreichen. Bei spielsweise kann die profilierte Oberflächenstruktur durch rippenförmige, ineinander greifende Anlageflächen oder sägezahnartige Strukturen ausge bildet sein.

Zur Herstellung der Gehäuseteile aus faser- oder teilchenverstärkten Kunst stoffen können sämtliche bekannten Herstellungsverfahren verwendet wer den, beispielsweise Faserspritzverfahren, Autoklavierverfahren, Schleuder verfahren, Spritzgußverfahren, usw., so daß sich die Gehäuseteile des erfin dungsgemäßen Gasgenerators auf die kostengünstigste Art und Weise her stellen lassen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die einzelnen Gehäuseteile mit Hilfe von Verbindungselementen lösbar mitein ander verbunden. Durch bekannte Verbindungselemente, wie beispielswei se Schrauben oder Nieten, können die einzelnen Gehäuseteile derart mit einander verbunden werden, daß die im Inneren des Gehäuses befindlichen Anzündladungen bzw. Treibstoffe ohne Beschädigung der Gehäuseteile ausgetauscht werden können. Auch ein Rast- oder Schnappverschluß könnte zur Verbindung der einzelnen Gehäuseteile unter Umständen sinnvoll sein.

Bei einer anderen Ausführungsform sind die einzelnen Gehäuseteile mit einander verklebt. Durch die Klebeverbindung sind die Gehäuseteile vorteil hafterweise nach außen abgedichtet miteinander verbunden, so daß zusätz liche Dichtungselemente nicht benötigt werden, die natürlich ebenfalls wär mebeständig sein müßten.

Eine einerseits einfache, schnelle und kostengünstige und andererseits dau erhafte Verbindung der einzelnen Gehäuseteile läßt sich dadurch erreichen, daß die einzelnen Gehäuseteile miteinander, vorzugsweise durch ein Ultra schallschweißverfahren, verschweißt sind.

Bei einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform sind die Außen oberflächen der Gehäuseteile mit einer leitfähigen Beschichtung versehen. Die Beschichtung kann beispielsweise ein dünner metallischer Materialfilm sein. Aus diesem Grund wird die Wärmeleitfähigkeit der Gehäusewände ver bessert und eine elektrostatische Aufladung verhindert.

Auf eine kostengünstige und einfache Art und Weise läßt sich die Beschich tung auf die Außenoberfläche aufbringen, wenn sie auf die Außenoberflä che aufgeklebt ist. Ebenso einfach und mit einer außergewöhnlich dünnen Materialstärke kann die Beschichtung auf die Außenoberfläche durch Auf dampfen oder Aufsputtern aufgebracht werden.

Auf den Zusammenbau des erfindungsgemäßen Gasgenerators wirkt es sich aus fertigungstechnischer Sicht und auch aus Sicht der Fertigungskosten be sonders vorteilhaft aus, wenn in eine Gehäusewand eines Gehäuseteils aus faserverstärktem Kunststoff ein Düsenteil aus Metall bei der Herstellung des Gehäuseteils eingearbeitet ist. Das Düsenteil aus Metall dient als Strömungs hilfe für in der Brennkammer entstehen des Gas, um dies in eine Expansions kammer zu leiten.

Ebenso bevorzugt ist es, daß an gewissen Stellen der Gehäuseteile ein oder mehrere Einlegteile befestigt sind, in die eine Frühzündladung integriert ist. Die Frühzündladung übt eine zusätzliche Sicherungsfunktion aus, da sie derart ausgelegt ist, daß sie eine Selbstzündungstemperatur von ca. 150°C- 200°C besitzt. Damit diese Frühzündeinrichtung auch sicher funktioniert, wird konstruktiv auf eine möglichst gute Wärmeleitung zwischen der Früh zündeinrichtung und dem Gehäuse geachtet.

Abschließend läßt sich feststellen, daß die Bauweise des erfindungsgemäßen Gasgenerators aus faserverstärkten Kunststoffgehäusen durch eine Ge wichtsreduzierung und eine vereinfachte integrale Bauweise gekennzeich net ist, bei der die Anzahl der Einzelkomponenten und die Verbindungsstel len reduziert ist. Durch die einfache Formbarkeit faserverstärkter Kunststoffe ist eine komplexe Innenraumgestaltung und Strömungsführung relativ einfach realisierbar, die dauerhaft auch bei hohen Temperaturen er halten bleibt.

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 gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzäh lung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand zweier Aus führungsbeispiele näher erläutert.

Die Figur zeigt teilweise eine Seitenansicht und teilweise einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Gasgenerators.

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

Die Figur zeigt einen Gasgenerator 10, der teilweise durch eine Seitenan sicht und teilweise durch einen Längsschnitt dargestellt ist. Das Gehäuse des Gasgenerators 10 ist aus zwei miteinander verbundenen Gehäuseteilen 11 und 12 zusammengesetzt. Innerhalb einer von den beiden Gehäuseteilen 11 und 12 gebildeten Brennkammer 15 des Gasgenerators 10 ist ein in Tablet tenform vorliegender Treibstoff 16 untergebracht. An dem Gehäuseteil 12 ist mit Hilfe eines Klebstoffs 13 eine Anzündeeinheit 14 befestigt. Die Gehäu seteile 11 und 12 sind durch ein Schweißverfahren miteinander verbunden und bestehen aus einem Faserverbundwerkstoff, hergestellt aus Polyamid als Matrixwerkstoff mit 30%-igem Glasfaseranteil. Daher weisen die Gehäu seteile 11 und 12 des Gasgenerators 10 auch bei hohen Temperaturen eine große Festigkeit auf.

Ferner kann als Matrixwerkstoff auch eine Auswahl aus folgender Gruppe thermoplastischer Verbundwerkstoffe getroffen werden:

- Polybutylenterephtalat
- Polyacryl(amid)
- Polycarbonat
- Polymethylmetacrylat
- Polyacrylsulphon
- Polyetherimid
- Polyphenylen-Ether
- Polyethylenterephtalat
- Polyoxymethylen
- Polyphenylensulfid
- Polyphenylenox./Polyamid-Blend
- Polyamid
- Polyethersulfon.

Als Faserwerkstoff können neben Glasfasern auch Kohlenstoffasern, Aramid fasern oder Teflonfasern in einen der oben genannten Matrixwerkstoffe eingelagert werden. Schließlich führt auch die Einlagerung von Glaskugeln als tellchenförmiger Verstärkungsstoff zu hohen Fertigkeiten und Steifigkei ten bei geringem spezifischen Gewicht.

Bei Verwendung von duroplastischen Verbundsystemen kommen als Matrix werkstoffe Duroplaste zum Einsatz, wie beispielsweise Polyesterharze, Phen acrylatharze und Polydiallylphtalatharze oder Epoxidharze, Phenolharze und Polyimidharze.

Auch bei diesen Verbundsystemen besitzen Glas- und Kohlenstoffasern als faserförmiges Verstärkungsmaterial die größte Bedeutung. Daneben wer den auch keramische Fasern sowie Polyethylen- und Kevlar-Fasern einge setzt.

Wenn im Falle eines Aufprallunfalls des Fahrzeugs ein Sensor, der in der Figur nicht dargestellt ist, ein Signal an die Anzündeeinheit 14 leitet, so wird innerhalb der Anzündeeinheit 14 eine sogenannte Anzündladung entzün det. Bei diesem Vorgang werden heiße Partikel erzeugt und verstärkt, die auf den Treibstoff 16 auftreffen und diesen ebenfalls entzünden. Durch den Abbrand des Treibstoffs 16 entsteht ein Gas, das aus der Brennkammer 15 über Brennkammerabströmöffnungen 20 in eine Filterkammer 18 eintritt, diese durch Auslaßöffnungen 17 verläßt und einen Luftsack, der in der Figur ebenfalls nicht gezeigt ist, aufblasen kann. Die Abströmöffnungen 20 sind mit Filtern 22 versehen, die den austretenden heißen Gasstrom vor Verlas sen der Brennkammer 15 filtern. Zum Filtern des Gasstroms dient ebenfalls die in der Filterkammer 18 untergebrachte Filtereinrichtung 19. Ferner wird das über die Brennkammerabströmöffnung 20 in die Filterkammer 18 ge langende Gas mit Hilfe eines Kühlbleches 21 abgekühlt. Der Treibstoff ist in eine Verdämmung eingepackt, die verhindert, daß Umwelteinflüsse die Langzeitstabilität des Treibstoffes 16 negativ beeinflussen. Das in der Brenn kammer 15 angeordnete Filter 22 dient neben der Reinigung des Gases auch dazu, eine Verblockung des in Tablettenform vorliegenden Treibstoffs 16 vor den Brennkammerabströmöffnungen 20 zu verhindern sowie das Gas zu kühlen.

Die einzelnen Trennwände zwischen der Brennkammer 15, der Anzündeein heit 14 und der Filterkammer 18 sind ebenfalls aus faserverstärkten Kunst stoffen gefertigt. Diese Trennwände weisen die erforderliche Festigkeit auf, um einerseits dem innerhalb der Brennkammer 15 und Filterkammer 18 er zeugten Druck und andererseits der innerhalb der Brenn- und Filterkammer 15 und 19 erzeugten Temperatur standzuhalten.

Die an den Gehäusenteilen 11 und 12 befindlichen Teile, wie beispielsweise die Filtereinrichtung 19 oder das Kühlblech 21, sind bereits bei der Herstel lung des Gasgenerators in die Gehäuseteile 11 und 12 aus Kunststoff einge preßt.

An einer Gehäuseaußenwand 23 ist ein Einlegteil 24 befestigt, in das eine Frühzündladung 25 integriert ist. Ein Füllstoff 26 sorgt dafür, daß Rasselge räusche aufgrund des in Tablettenform vorliegenden Treibstoffs 16 verhin dert werden. Durch den engen Kontakt des Einlegteils 24 mit der Gehäuse außenwand 23 ist gewährleistet, daß die Frühzündladung 25 bei Erreichen einer bestimmten Temperatur des Gehäuseteils 11 entzündet wird. Auf grund seiner Hygroskopizität muß die Frühzündladung 25 hermetisch dicht in dem Gehäuseteil 11 untergebracht sein. Wenn die Frühzündladung 25 entzündet wird, kommt es zu einem Abbrand des Treibstoffs 16, bei dem die Formbeständigkeit der Gehäuse 11 und 12 aufgrund der Hochtempera turfestigkeit des verwendeten Materials gegeben ist.

Claims

1. Gasgenerator (10) für ein Airbagsystem eines Fahrzeugs, der aus einem oder mehreren einzelnen Gehäuseteilen (11, 12), insbesondere aus einer Brennkammer zur Unterbringung eines aktivierbaren Treibstoffs (16), der nach Aktivierung ein Treibgas zum Aufblasen eines Airbags erzeugt, aufge baut ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Teilbereiche der Gehäuse teile (11, 12) aus einem Verbundwerkstoff mit einem polymeren Matrixmate rial und einem Anteil von vorzugsweise 30% faserförmigem Verstärkungs stoff gefertigt sind.

2. Gasgenerator (10) für ein Airbagsystem eines Fahrzeugs, der aus einem oder mehreren einzelnen Gehäuseteilen (11, 12), insbesondere aus einer Brennkammer zur Unterbringung eines aktivierbaren Treibstoffs (16), der nach Aktivierung ein Treibgas zum Aufblasen eines Airbags erzeugt, aufge baut ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Teilbereiche der Gehäuse teile (11, 12) aus einem Verbundwerkstoff mit einem polymeren Matrixmate rial und einem Anteil von vorzugsweise 30% kombinierten faserförmigen Verstärkungsstoffen (Hybrid-Verstärkung) gefertigt sind.

3. Gasgenerator (10) für ein Airbagsystem eines Fahrzeugs, der aus einem oder mehreren einzelnen Gehäuseteilen (11, 12), insbesondere aus einer Brennkammer zur Unterbringung eines aktivierbaren Treibstoffs (16), der nach Aktivierung ein Treibgas zum Aufblasen eines Airbags erzeugt, aufge baut ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Teilbereiche der Gehäuse teile (11,12) aus einem Verbundwerkstoff mit einem polymeren Matrixmate rial und einem Anteil von vorzugsweise 30% teilchenförmigem Verstär kungsstoff gefertigt sind.

4. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß als Verstärkungsstoff vorzugsweise Glasfasern, Kohlenstoffasern (Carbonfasern), Aramidfasern, Teflonfasern oder keramische Fasern einge setzt werden.

5. Gasgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstär kungsstoff vorzugsweise Glaskugeln eingesetzt werden.

6. Gasgenerator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß als Matrixmaterial vorzugsweise thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe eingesetzt werden.

7. Gasgenerator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die einzelnen Gehäuseteile (11, 12) über Anlageflächen miteinander verbunden sind, die eine profilierte Oberflächenstruktur auf weisen.

8. Gasgenerator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die einzelnen Gehäuseteile (11, 12) mit Hilfe von Verbin dungselementen lösbar miteinander verbunden sind.

9. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß die einzelnen Gehäuseteile (11, 12) miteinander verklebt sind.

10. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß die einzelnen Gehäuseteile (11, 12) miteinander, vorzugsweise durch ein Ultraschallschweißverfahren, verschweißt sind.

11. Gasgenerator nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Außenoberflächen der Gehäuseteile (11, 12) mit einer leitfähigen Beschichtung versehen sind.

12. Gasgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, die Beschich tung aus einem metallischen Film besteht.

13. Gasgenerator nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung auf die Außenoberfläche aufgeklebt ist.

14. Gasgenerator nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung auf die Außenoberfläche durch Aufdampfen oder Aufsput tern aufgebracht.

15. Gasgenerator nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß in eine Gehäusewand eines Gehäuseteils (11, 12) aus faser- oder teilchenverstärktem Kunststoff ein Düsenteil aus Metall bei der Herstellung des Gehäuseteils (11, 12) eingearbeitet ist.

16. Gasgenerator nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß an einer Gehäusewand eines Gehäuseteils (11, 12) ein Einlegteil (24) befestigt ist, in das eine Frühzündladung integriert ist.