DE19731220A1 - Gasgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator für ein Rückhaltesystem in Fahrzeugen.

Gasgeneratoren werden für aufblasbare Rückhalteeinrichtungen in Fahrzeugen, insbesondere Gassäcke, benötigt. Sie enthalten in einem zumeist rotationssymmetrischen Gehäuse eine Brennkammer oder mehrere Brennkammern, in die ein pyrotechnisches Treibmittel eingefüllt ist. Übliche Treibmittel auf Azidbasis verbrennen nicht vollkommen rückstandsfrei, so daß aus dem Gasstrom Festteilchen ausgefiltert werden müssen. Daher ist bei den bekannten Gasgeneratoren die Brennkammer von einer Filterkammer umgeben. Die von der Brennkammer durch eine mit Durchtrittsöffnungen versehene Wandung getrennte Filterkammer ist mit Abströmöffnungen versehen, aus denen das gereinigte Gas austritt, um seiner Nutzung zugeführt zu werden. Bei mehrstufigen Gasgeneratoren dieser Bauart, die bei den moderneren, sogenannten intelligenten Rückhalteeinrichtungen verwendet werden, sind jeder Stufe bestimmte Abströmöffnungen am Gehäuse zugeordnet. Die daraus resultierende Unsymmetrie der Abströmöffnungen am Gehäuse führt im Aktivierungsfalle zu einem auf das Gehäuse einwirkenden Schub, dem bei der Anordnung und Montage im Fahrzeug konstruktiv begegnet werden kann, der jedoch bei der Prüfung auf Berstsicherheit durch Erhitzen (BAM-Test, Bonfire-Test) problematisch ist.

Problematisch bei herkömmlichen Gasgeneratoren sind auch die aus dem Gehäuse durch die Austrittsöffnungen austretenden heißen Gasstrahlen. Sie führen zu einer lokalen thermischen Beanspruchung des Gassackmaterials.

Schließlich ermöglichen die bekannten Gehäusekonstruktionen von Gasgeneratoren keine befriedigende Abdichtung der Brennkammer zum Schutze des darin eingeschlossenen Treibmittels, insbesondere vor Feuchtigkeit.

Durch die Erfindung wird ein Gasgenerator für ein Rückhaltesystem in Fahrzeugen bereitgestellt, der wenigstens eine in einem Gehäuse gebildete, eine pyrotechnische Treibladung enthaltende Brennkammer und von der Brennkammer aus dem Gehäuse geführte Abströmkanäle aufweist, die in solcher Weise gerichtet und dimensioniert sind, daß die beim Abbrennen der Treibladung erzeugten Druckgase beim Austreten aus dem Gehäuse einander kompensierende Schubkräfte erzeugen. Der Gasgenerator ist somit schubneutral und stellt bei Berstsicherheitstests keine Gefährdung dar.

Bei der bevorzugten Ausführungsform liegen die Abströmkanäle in einer gemeinsamen Ebene und sind gleichmäßig über diese Ebene verteilt.

Eine besonders vorteilhafte Bauform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer ringförmig ausgebildet ist und eine zentrale Sammelkammer umgibt, die von der Brennkammer durch eine mit Durchströmöffnungen versehene Wandung getrennt ist. Bei mehrstufiger Ausführung des Gasgenerators sind alternativ mehrere Brennkammern mit getrennten Treibladungen vorgesehen, die eine zentrale Sammelkammer ringförmig umgeben, welche von den Brennkammern durch eine mit Durchströmöffnungen versehene Wandung getrennt ist. Die Sammelkammer hat ein axiales Ende, von dem die Abströmkanäle ausgehen. Unabhängig von der Anzahl von Stufen des Gasgenerators gelangen die beim Abbrand freigesetzten Gase zunächst in die Sammelkammer, werden in dieser zum axialen Ende hin umgelenkt, um nach erneuter Umlenkung in Radialrichtung über den gesamten Umfang gleichmäßig verteilt abzuströmen. Die Abströmkanäle sind vorzugsweise zwischen einer axialen Endwandung des Gehäuses und einer im Abstand von dieser angebrachten Prallplatte begrenzt. Die Endwandung des Gehäuses, die Prallplatte oder beide sind mit radialen Rippen oder Riffelungen versehen, die einen vergrößerten Flächeninhalt und somit eine vergrößerte Kühlfläche für die abströmenden Gase bewirken. Die Kühlung der Gase beim Abströmen wird durch die adiabatische Entspannung unterstützt, die mit der Querschnittsvergrößerung der Abströmkanäle radial von innen nach außen einhergeht.

Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das Gehäuse aus einem ringtopfförmigen Hauptkörper und einer auf dessen offenes Ende aufgesetzten, mit ihm verschweißten, ringförmigen Deckelplatte. Die in der ringförmigen Deckelplatte verbleibende Öffnung ist mit dem offenen axialen Ende der Sammelkammer ausgefluchtet und wird vorzugsweise durch eine Berstmembran verschlossen. Auf diese Weise wird eine vollkommene Abdichtung der im Inneren des Gehäuses vorhandenen Brennkammer oder Brennkammern erzielt.

Je nach Art des verwendeten Treibmittels ist ein erhöhter Verbrennungsdruck zweckmäßig oder notwendig. Daher werden bei Bedarf die Durchtrittsöffnungen zwischen der Brennkammer und der Sammelkammer mit einer geeignet dimensionierten Verdämmfolie abgedeckt, die einen Druckaufbau in der Brennkammer bis in einen Bereich von 200 bar oder mehr zuläßt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen radialen Schnitt durch das Gehäuse eines Gasgenerators;

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht des Gehäuses; und

Fig. 3 einen Schnitt durch das Gehäuse entlang Linie III-III in Fig. 1.

Das Gehäuse des in Fig. 1 gezeigten Gasgenerators besteht aus einem ringtopfförmigen Hauptkörper 10 und einer das offene Ende des Hauptkörpers abdeckenden, ringförmigen Deckelplatte 12, die dicht mit dem Hauptkörper verschweißt ist. Eine zentrale, zylindrische Sammelkammer 14, die am Boden des Hauptkörpers 10 geschlossen und am gegenüberliegenden axialen Ende offen ist, wird von zwei ringförmig angeordneten Brennkammern 16, 18 umgeben, die von der Sammelkammer 14 durch eine zylindrische Wandung 20 getrennt sind. Die Brennkammern 16, 18 stehen mit der Sammelkammer 14 über in der Wandung 20 angebrachte Durchtrittsöffnungen 22 in Verbindung. Diese Durchtrittsöffnungen 22 sind auf der Seite der Brennkammern 16, 18 durch eine Verdämmfolie abgedeckt.

In den Brennkammern 16, 18 sind zwei voneinander getrennte Treibladungen angeordnet. Ferner ist in jede Brennkammer 16, 18 ein Zünder 24 bzw. 26 eingesetzt.

Eine kreisrunde Prallplatte 28 ist parallel zur Deckelplatte 12 und in einem Abstand von einigen Millimetern von dieser angeordnet. Der Abstand zwischen Prallplatte 28 und Deckelplatte 12 wird durch vier blöckchenförmige Stützen 30 bestimmt, auf welche die Prallplatte 28 aufgesetzt und an denen sie durch Verschweißen befestigt ist. Die der Prallplatte 28 zugewandte Fläche der Deckelplatte 12 ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, mit radialen Rippen oder Riffelungen 32 versehen. Diese Rippen oder Riffelungen 32 gehen von der das offene axiale Ende der Sammelkammer 14 umschließenden Öffnung in der Mitte der Deckelplatte 12 aus und erstrecken sich bis zu ihrem Außenumfang.

In das offene axiale Ende der Sammelkammer 14 ist eine Berstfolie 15 dichtend eingeschweißt. Im Inneren der Sammelkammer 14 kann schließlich eine Filtereinrichtung angeordnet sein.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Brennkammern 16, 18 verschieden groß und enthalten verschiedene Mengen des pyrotechnischen Treibmittels. Je nach den Umständen einer Fahrzeugkollision werden die kleineren oder die größeren oder beide Treibladungen durch Anlegen eines Zündimpulses an die zugehörigen Zünder aktiviert. Da die Durchtrittsöffnungen 22 mit einer Verdämmfolie abgedeckt sind, kann sich in den Brennkammern 16, 18 zunächst ein hoher Verbrennungsdruck ausbilden. Die Höhe des Verbrennungsdrucks wird durch die Dimensionie­ rung der Verdämmungsfolie bestimmt. Bei neueren Treibmitteln, die praktisch rückstandsfrei verbrennen, wird ein hoher Verbrennungsdruck von mehr als 200 bar benötigt. Wenn dieser Druck erreicht oder über­ schritten ist, gibt die Verdämmfolie den Weg durch die Durchtrittsöff­ nungen 22 in die Sammelkammer 14 frei. Wenn eine Filtereinrichtung in der Sammelkammer 14 angeordnet ist, werden die erzeugten Druckgase hier gereinigt und von Feststoffteilchen befreit. Die das dem Boden des Hauptkörpers 10 gegenüberliegende axiale Ende der Sammelkammer 14 verschließende Berstfolie (15) wird nun aufgerissen, die Gase treffen gegen die Prallplatte 28, werden von dieser umgelenkt und können über die zwischen Prallplatte 28 und Deckelplatte 12 gebildeten radialen Abströmkanäle 13 zwischen den Rippen 32 austreten, um ihrer Nutzung zugeführt zu werden. Dabei werden die Gase aufgrund der kontinuier­ lichen Querschnittserweiterung radial von innen nach außen durch adiabatische Entspannung und auch durch Konvektion an der durch die Rippen 32 vergrößerten Oberfläche der Deckelplatte 12 abgekühlt. Der Effekt kann noch verstärkt werden, wenn auch die Prallplatte auf ihrer der Deckelplatte 12 zugewandten Seite eine ähnliche Struktur aufweist. Zugleich nimmt auch die Strömungsgeschwindigkeit der Gase kontinuier­ lich vom inneren zum äußeren Ende der radialen Abströmkanäle 13 ab, so daß am Umfang des Gasgeneratorgehäuses die gekühlten Gase über einen Ringspalt zwischen Deckelplatte 12 und Prallplatte 28 gleichmäßig verteilt mit vergleichsweise geringer Strömungsgeschwindigkeit austreten. Durch die gleichmäßige Verteilung der am Ringspalt des Gas­ generators austretenden Gase erfolgt eine perfekte Kompensation der Schubkräfte, auch bei Aktivierung nur einer der Brennkammern 16, 18. Der Gasgenerator verhält sich daher unter allen Umständen schub­ neutral.

Claims (11)

1. Gasgenerator für ein Rückhaltesystem in Fahrzeugen, mit wenigstens einer in einem Gehäuse (10, 12) gebildeten, eine pyrotech­ nische Treibladung enthaltenden Brennkammer (16, 18) und von der Brennkammer aus dem Gehäuse geführten Abströmkanälen (13), die in solcher Weise gerichtet und dimensioniert sind, daß die beim Abbrennen der Treibladung erzeugten Druckgase beim Austreten aus dem Gehäuse (10, 12) einander kompensierende Schubkräfte erzeugen.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmkanäle (13) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

3. Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmkanale (13) zwischen zwei einander im Abstand gegenüberlie­ genden Wandungen (12, 28) gebildet sind.

4. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Brennkammer (16, 18) ringförmig ausgebildet ist und eine zentrale Sammelkammer (14) umgibt, die von der Brennkammer durch eine mit Durchtrittsöffnungen (22) versehene Wandung (20) getrennt ist.

5. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Brennkammern (16, 18) mit getrennten Treibla­ dungen eine zentrale Sammelkammer (14) ringförmig umgeben, die von den Brennkammern durch eine mit Durchtrittsöffnungen (22) versehene Wandung (20) getrennt ist.

6. Gasgenerator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelkammer (14) ein axiales Ende aufweist, von dem die Abströmkanale (13) ausgehen.

7. Gasgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen ringtopfförmigen Hauptkörper (10) und eine das offene Ende des Hauptkörpers abdeckende, ringförmige Deckelplatte (12) auf­ weist, deren zentrale Öffnung das axiale Ende der Sammelkammer (14) umgibt, und daß im Abstand von der Deckelplatte (12) eine Prallplatte (28) angeordnet ist, die mit der Deckelplatte (12) die Abströmkanäle (13) begrenzt.

8. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einer der einander zugewandten Flächen der Deckelplatte (12) und der Prallplatte (28) radiale Riffelungen oder Rippen (32) angeordnet sind.

9. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das axiale Ende der Sammelkammer (14) durch eine Berst­ scheibe (15) verschlossen ist.

10. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen (22) in der die Brennkammer von der Sammelkammer abgrenzenden Wandung (20) durch eine Verdämmfolie abgedeckt sind, die erst bei Überschreitung eines vorbestimmten Drucks in der Brennkammer aufreißt.

11. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sammelkammer (14) eine Filtereinrichtung angeordnet ist.