DE20013897U1

DE20013897U1 - Ein- und mehrstufiger Kaltgasgenerator insbesondere für Kfz-Airbagsysteme

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Publication date: 2001-05-23
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Also published as: DE10138244A1

Description

Ein- und mehrstufiger Kaltgasgenerator insbesondere für A4rbag93.DOC,··. .**. Lell/9.8.2000/S.1

Ein- und mehrstufiger Kaltgasgenerator insbesondere für KFZ-A irbag systeme

Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Gasgenerator, insbesondere für Kfz-Airbagsysteme, bei dem in einem Gasbehälter gespeichertes und/oder darin erzeugtes

f Gas aus mehreren Auslassöffnungen des Gasbehälters austreten kann und dann bei-

spielsweise zum Befüllen eines Gassacks eines Kfz-Airbagsystems dient. Aus der DE 196 54 315 Al ist ein Hybrid-Gasgenerator zum Aufblasen von Airbags bekannt, der zwei Brennkammern aufweist, in denen jeweils eine Treibladung angeordnet ist. Die Brennkammern stehen mit einer Speicherkammer in Verbindung, welche mit einem unter einem bestimmten Druck stehenden Vorratsgas gefüllt ist. Die Speicherkammer weist eine mittels eines Schließelements verschlossene Auslassöffnung auf, wobei das Schließelement mittels eines stangenartigen Betätigungselements aufgestoßen wird, wenn die erste Treibladung aktiviert wird. Hierzu ist das stangenartige Betätigungselement mit seinem rückwärtigen Endbereich vor der Verbindungsöffhung der Brennkammer angeordnet, so daß dieser rückwärtige Bereich nach dem Aktivieren der Treibladung vom Druck des in der Brennkammer erzeugten heißen Gases beaufschlagt wird. Das Betätigungselement wird hierdurch bedrückt, so daß es mit seinem vorderen Ende das die Auslassöffnung der Speicherkammer verschließende Schließelement aufstößt. Die zweite Treibladung des Hybrid-Gasgenerators nach der DE 196 54 315 Al wird zeitlich verzögert angezündet, so daß der zeitliche Verlauf des Druckaufbaus entsprechenden Vorgaben angepasst werden kann.

Nach der technischen Lehre dieses Standes der Technik ist es ebenfalls möglich, verschiedenartige Druckaufbaucharakteristiken durch die gezielte Verteilung der Treibladungen, durch die Steuerung der Anzündvorgänge und durch andere konstruktive Modifizierungen, wie beispielsweise die Bemessung des Querschnitts der Ausströmöffnungen der Brennkammern in den Flaschenteil bzw. den Gasbehälter zu realisieren.

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In einer Ausfuhrungsform des Hybrid-Gasgenerators gemäß der DE 19654315
Al ist die Verwendung von zwei unterschiedlich dimensionierten Treibladungen dargestellt, die jeweils ein Betätigungselement für das Durchstoßen einer Membran antreiben, welche jeweils eine von zwei Auslassöffnungen der Speicherkammer verschließen. Auch bei dieser Ausführungsform werden die Treibladungen zeitlich verzögert gezündet, wobei durch die jeweils zuletzt gezündete Treibladung das Gasgemisch zusätzlich aufgeheizt wird.

Mit dem Hybrid-Gasgenerator gemäß der DE 196 54 315 Al lässt sich zwar ein vorgegebener zeitlicher Verlauf des Gasdrucks besser und einfacher realisieren, als dies mit einem einstufigen Gasgenerator möglich wäre. Nachteilig bei einem derartigen mehrstufigen Gasgenerator ist jedoch der hohe Entwicklungsaufwand, insbesondere Simulationsaufwand, bis der Gasgenerator einen vorgegebenen zeitlichen Druckverlauf innerhalb zulässiger Toleranzen einhält. Ein weiterer wesentlicher Nachteil sind seine hohen Fertigungskosten, die insbesondere durch die für die Ventilbetätigung erforderlichen Teile verursacht werden.

Zudem verwenden alle bisher konzipierten oder gar ausgeführten Gasgeneratoren jedoch für jede Stufe mindestens einen eigenen Anzünder zur Öffnung von Ventilen, Membranen bzw. zur Erreichung einer Mehrstufigkeit. Damit wird neben den kostspieligeren Mehrstufen-Gasgeneratoren auch ein aufwendiges Sensorsystem zur Ansteuerung des Zündsystems und ein wesentlich aufwendigeres Zündsystem selbst notwendig.
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Gefordert werden nun aber andererseits neben einer deutlichen Kostenreduzierung eine Mehrstufigkeit, die programmiert ablaufen kann, wenn der Gasgenerator nur einmal gezündet wurde: Beispielsweise die Erzeugung eines relativ kleinen Massenstromes, um den zunächst noch zusammengefalteten Sack langsam und damit schonend zu entfalten, dann aber diesen Sack dafür um so schneller in der dann noch zur Verfügung stehenden, nun etwas kürzeren Zeit, schnell aufzublasen - man möchte also die feststehende Gesamtfünktionszeit des Gasgenerators aufteilen in eine Schwachblasphase und

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in eine Starkblasphase! - und das, ohne dafür ein zweites Zündsignal liefern und in Form eines teueren Anzündstücks im Gasgenerator verwirklichen zu müssen!

In den eigenen Anmeldungen 20013405.1 und 20013404.3 vom 3.8.2000 wurden bereits ein- und mehrstufige Gasgenerator beschrieben, die obige Anforderungen erfüllen. Hier wird die Mehrstufigkeit durch das durch das Ausströmen von Gas aus bedrückten Kammern vorherbestimmte Öffnen weiterer gasbedrückter Gasbehälterabschnitte erreicht, sowie durch die Verwendung von Membranen mit unterschiedlicher Dicke, die nach dem Aufschießen des zentralen Membranteils in Verbindung mit zuströmendem Gas ebenfalls ein vorherbestimmtes Freimachen / Zerbersten der Restmembran verursachen und damit eine Zweistufigkeit pro verwendeter bzw. eingebauter Membran ermöglichen.

In beiden Anmeldungen ist überdies aufgezeigt, wie Membranen auch mit anderen Methoden als durch Aufschießen bzw. durch Überdruck oder durch Pyrotechnik zerstört werden können, um damit Gas freizusetzen. So wird gezeigt, wie eine Membran geöffnet werden kann, indem man einen Stützbalken auf der von Gas unbedrückten Seite durch einen Aktuator wegdrückt, sofern die Membran so dünn ist, daß sie ohne den Stützbalken vor ihr dem Gasdruck nicht standhalten könnte, d.h. einfach zerplatzen würde. Die Abstimmung ist schwierig, insbesondere der Nachweis der Zuverlässigkeit der Öffnung noch nach 15 Jahren Lagerung in widriger Umgebung bzw. der Nachweis der Zuverlässigkeit der Nichtauslösung während der gesamten Lagerzeit, obwohl die Membran ja bewußt extrem instabil eingesetzt bzw. ausgeführt ist. Das Hauptproblem aber besteht darin, daß Membranen im wesentlichen nur die Zustände ganz offen und ganz geschlossen kennen mit einem Übergang, der extrem schnell verläuft und nicht genau vorherbestimmbar ist (Stabilitätsproblem) und dabei zusätzlich eine vorher nicht vorherbestimmbare Anzahl von Bruchstücken der Membran und der zuhaltenden Baugruppen verursacht. Insbesondere diese Bruchstücke machen für Airbaganwendungen Probleme, die heute nur durch teuere Filtereinsätze im Gasgenerator zurückgehalten werden können.

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Ebenfalls in Anmeldungen 20013405.1 und 20013404.3 vom 3.8.2000 ist gezeigt, wie Teile von Platten dazu verwendet werden können, Mehrstufigkeit zu erreichen, wobei diese Platten jedoch ebenfalls durch den oben erwähnten Druckunterschied auf beiden Seiten der Platte, quasi membranähnlich ausbrechen und durch ihre Masse eine verzögerte Ausströmung von Gas ermöglichen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Gasgenerator, insbesondere für Kfz-Airbagsysteme, zu schaffen, der einfach unter Berücksichtigung von Vorgaben für einen zeitlichen Druckverlauf zu entwickeln ist, der hinsichtlich seiner Aufblascharakteristik einfach an vorgegebene Erfordernisse anpassbar und flexibel einsetzbar ist, der dabei nur von einem Anzünder bzw. nur von einem Zündsignal angesteuert wird und der nun anstelle von Membranen nur aus Platten für das Abschließen von bedrückten Gasvolumina besteht mit der Vorgabe, daß diese Platten einfach mechanisch entsperrt werden können und hierbei keine Bruchstücke, egal von welchem Bauteil sie auch immer kommen mögen, entstehen. Gleichzeitig soll eine programmierte Mehrstufigkeit ohne weiteren Aufwand und mit nur extrem geringen Mehrkosten möglich sein! Das Funktionsprinzip muß plausibel sein und eine Rechnersimulation einfachst ermöglichen!

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sie wird in den dieser Anmeldung beigelegten Figuren näher erläutert.

Weitere Ausfuhrungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert:

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Gasströme sehr einfach durch Öffnungen massenstrommäßig gesteuert werden können und diese Öffnungen durch bewegte Platten definiert - aber dennoch sehr schnell freigegeben werden können. Die Platten selbst werden so in den Gasgenerator eingebracht, daß sie durch das Ziehen eines oder mehrerer Festhaltestifte, insbesondere Scherstifte oder das Verschieben

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einer Festhaltemimik, insbesondere eines Stabes mit Kerb- oder Abreißstellen (65) oder (67) ausreißen oder frei werden, wodurch sie durch den anliegenden Gasdruck beschleunigt werden und hierbei der Reihe nach die vom Gas zu durchströmenden Öffnungen (8,5,66) Richtung Airbagsack bzw. Airbagkanne für das Gas frei machen.
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Der mehrstufige Gasgenerator nach der Erfindung umfasst daher mindestens einen Gasbehälter, in welchem ein Vorratsgas enthalten und/oder in welchem Gas erzeugbar und/oder in welchem Gas zuführbar ist, wobei der Gasbehälter mehrere, in Ausströmrichtung parallel angebrachte Auslassöffnungen aufweist, die während der Bewegung einer Platte bzw. Plattensystems während der Funktionszeit des Gasgenerators definiert nacheinander alle freigegeben, d.h. bzgl. Gasströmung zugeschaltet werden, wobei die Auslassöffnungen hinsichtlich ihrer jeweils einzelnen Querschnitte und hinsichtlich der Gesamtquerschnittsfläche bewusst strömungsbestimmend für den Massenstrom des Gases ausgebildet sind.

Figur 1 zeigt das hier angemeldete Öffhungsprinzip mit Plattentechnologie gleichzeitig mit der Möglichkeit, eine programmierte Mehrstufigkeit zu erreichen:

Das Gas 6 ist in einem Behälter 16 mit Rückwand 1 und Absperrplatte 3 eingeschlossen, es steht unter einem hohen Druck, beispielsweise 280bar oder 500 bar und übt damit Kraft auf alle es begrenzenden Flächen aus. Rückwand 1 ist gebräuchlich verschweißt mit 16, es sind aber auch tiefgezogene Behälter 16 bereits mit Endkappe in einem Stück üblich, wobei in diesem Fall die Rückwand 1 als extra Teil entfällt. Die Absperrplatte 3 ist in 16 eingesetzt und wird über einen Scherstift 18 gehalten, der entweder einseitig eingebracht ist - in diesem Fall hält die Platte 3 durch Verklemmung über seine Dicke, wobei die Klemmwirkung durch die Nut 2 bzw. die Ausdrehung 68 (Figur 17) und die hierbei hervorgerufene Anpressung des Plattenmaterials durch den sowieso vorhandenen Gasdruck wesentlich verstärkt wird - oder der noch an zweiter oder dritter Stelle eingesetzt ist (Figur 16), oder einfach durch die Platte durchgeführt (Figur 15) oder abstützend im nicht bedrückten Teil des Gasgenerators eingebracht ist (Figur 17). Im Falle des durchgeführten Stabes schert entweder eine Seite des Stabes ab, wenn die andere Seite aus der Wand des Gasbehälters 16 gezogen

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wird oder der Stab schert an einer oder beiden Stellen ab, sofern er ein oder zwei Schwachstellen oder Kerbstellen aufweist, die durch die Verschiebung des Stabes (Drücken oder Ziehen ist hier beides möglich) zur Auswirkung kommen (vorher wirkt sich die Scherspannung am vollen Querschnitt des Stabes aus, nach dem Verschieben befindet sich die Schwachstelle oder Kerbstelle im Spannungsfeld!).

Hierbei werden die Stäbe vorzugsweise durch pyrotechnisch betätigte Aktuatoren 7 gezogen oder gedrückt, je nach gewähltem Stab und dessen bzw. deren Einbringungsort. Selbstverständlich sind hierbei auch elektromagnetische und elektrodynamische Aktuatoren 7 einsetzbar.

Eine besonders geschickte Ausführung ist in Figur 10 gezeigt: Anstelle eines Stabes, der von einem Aktuator gezogen oder gedrückt wird, wird hier eine elektrisch isolierte Elektrode eingesetzt, die insbesondere aus Draht, Graphit, Zirkonium oder Magnesium (..oder deren Verbindungen) besteht und für die Auslösung des Gasgenerators durch Stromdurchgang einfach erhitzt bzw. gezündet (Magnesium oder Zirkonium) und damit mechanisch schwer geschwächt werden! - Der Effekt ist der gleiche wie beim Verschieben des Stabes: Die gasbedrückte Platte bricht die Elektrode bzw. deren Reste aus, sie beschleunigt sehr schnell, überfährt zunächst die Öffnungen 8 und danach 5. Je nach Querschnitt dieser Öffnungen wird zunächst ein geringer Massenstrom den Gasgenerator Richtung Airbagsack verlassen, dann kurz darauf ein weitaus höherer, abhängig von der Geschwindigkeit der Platte, dem Abstand, sowie dem Querschnitt und der Geometrie der Öffnungen 8 und 5, siehe auch Öffnung 66 von Figur 17.

Die Absperrplatte 3 wird nach Erfüllung seiner Aufgabe vom Deckel 4 abgefangen. Er versperrt entweder den Querschnitt, sofern der in Figur 1 gezeichnete rückstoßfreie Diffusor verwendet wird, oder wird so ausgestalte, daß er den axial austretenden Gasstrom formt, entweder als Ringströmung über die Schlitze 10 (Figur 2) oder als Zentralströmung über die Ringnut 13 und das Zentralloch 15 (Figur 3).

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Die Absperrplatte 3 ist gleichzeitig als hermetisch dichter Abschluß des Gasbehälters 16 ausgebildet entweder durch eine innere Schweißnaht 9 (Figur 1) bzw. 12 (Figur 3) oder durch eine eingeschweißte Folie 11 (Figur 2) bzw. 20 (Figur 4).

Ab Figur 4 wird die Absperrplatte 3 zu einem Plattensystem bestehend aus dem Plattenträger 70 und dem Absperrorgan 19,27,30. Ist der Behälter 16 rohrförmig und rund, dann wird aus dem Plattenträger automatisch ein Ring. So wird in der Anordnung nach Figur 4 bis 8 nur ein Teilquerschnitt des Gasbehälters 16 freigegeben, um beispielsweise nur einen relativ kleinen maximalen Gasstrom durch die Gasaustrittsöffhungen zum Airbagsack freizugeben, eben nur den Querschnitt der Absperrplatte 19,27 oder 30.

In allen Fällen wird die Abspenplatte wieder mechanisch insbesondere durch einen Scherstift oder Bolzen 21,26 oder 31 gehalten.

Wie viele derartige Stifte am Umfang des Gasbehälters 16 angebracht werden hängt vom Differenzdruck an der Platte ab und im wesentlichen von der Geometrie der Platte selbst. In der Regel wird man versuchen, nur mit einem Stift und damit auch nur mit einem Aktuator auszukommen, einfach um Fertigungskosten zu sparen! - auch wenn mehrere Stifte miteinander gekoppelt werden könnten und damit auch wieder nur ein Aktuator benötigt würden, allerdings nur auf Kosten der Zuverlässigkeit!

In Figur 5 wird noch ein zusätzlicher Stift 23 eingesetzt, um neben der eigentlichen Absperrplatte 27 später auch noch den ganzen Querschnitt freizugeben. Im Unterschied zu Figur 1 würde es damit hier um eine interne Stufung handeln, die sich nur innerhalb des Plattensystems abspielte — allerdings kann diese Plattensystemstufung auch mit der Stufung durch das Nacheinanderfreigeben der Überströmöffhungen von Typ 8 und 5 kombiniert werden, was aber heute nur Sinn macht, wenn man die Öffnungen hier im Unterschied zu Figur 1 einfach teilweise zumachen wollte, um den Gasmassenstrom nach einer bestimmten Zeit definiert abzuschwächen.

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Abgedichtet wird der Gasraum wieder durch eine Dichtfolie 20, die radial innen mitdem Gasbehälter verbunden ist, insbesondere verschweißt ist, wohingegen die Folie 24 nur die Absperrplatte 27 gegen einen ansonsten schon eingedichteten Plattenträger 70 abdichten müßte.
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In Figur 6 ist die Absperrplatte 30 pfropfenförmig ausgebildet mit radial eingebrachtem Dichtsystem. Hierbei unterstützt der auf der Platte 70 aufliegende Kragen der Absperrplatte lediglich den Scherstift bzw. Freigabestift 21,26,31.

Alle Dichtsysteme sind untereinander je nach spezieller Anforderung des Kunden miteinander austauschbar, ebenso alle hier aufgezeigten Möglichkeiten, die Platten auszuführen und selbst wieder abzudichten.

Das oben gezeigte Prinzip der Abdichtung und Öffnung von Gasflaschen bzw. Gasbehaltern durch definiert freigebbare Plattensysteme ist theoretisch auf für die Praxis beliebig viele Stufen bzgl. aus dem Generator entnehmbarem Gasmassenstrom ausweitbar.

In Figur 7 ist ein anderes Prinzip zur Unterstützung des Freigabestiftes gezeigt: Es handelt sich bei Teil 32 einfach um einen definiert in den Plattenträger 70 eingepreßten Stützring oder um einen kleinen Absatz, der beim Zurückziehen des Scher- bzw. Freigabestiftes durch die dann freigegebene und voll mit Gasdruck beaufschlagte Absperrplatte einfach abgeschert wird.

Figur 8 zeigt wieder eine andere Ausführung dieser Unterstützung für den Freigabestift: Es wurde hier einfach scherfähiges Material formschlüssig in einer Nut des Plattenträgers 70 eingelegt bzw. bei der Fertigung des Plattenträgers 70 stehen gelassen.

Das Öfmungsprinzip durch von Freigabestiften festgehaltene bzw. freigegebene Platten eignet sich hervorragend für Gasgeneratoren, deren Gehäuse fast vollständig oder sogar ganz in einem Fertigungsgang, insbesondere durch Spritz-, Kokillen- oder Druckguß von Kunststoffen und Aluminium, hergestellt werden.

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Figur 9 zeigt eine derartige Ausführung: Der Gasbehälter 39 mit einem Boden 40, der auch aus Festigkeitsgründen wieder halbrund ausgeführt sein kann, umschließt mit der Absperrplatte 35 das darin eingeschlossene Gas 38. Die Absperrplatte ist am Umfang so geschwächt (37), daß die Platte ohne dem eingefahrenen Freigabestift (Freigabestiften) 71 als Folge des auf ihr lastenden Gasdrucks ausbrechen würde. Alle Teile sind in einem gespritzt, wobei die Rückwand 40 in einigen Fällen auch nachträglich eingesetzt werden kann. Selbst der Deckel 4 kann zusammen mit dem Gasbehälter 39, dem Boden 40 und der Absperrplatte 35 in einem Stück hergestellt werden!

Auch hier wird die Platte 35 nach Herausziehen des Stiftes 71 ausbrechen und die hier in Form von Langlöchern gezeichneten Auslaßöffhungen zum Airbagsack mehr und mehr freigeben. Je nach Plattengeschwindigkeit und Ausgestaltung der Löcher 72 kann daher der Massenstrom degressiv, linear &ogr; gar progressiv eingestellt werden — eine Möglichkeit, die man bei Verwendung von Membranen an Stelle der Abspenplatten nicht im Ansatz nutzen kann!!

Figur 12 und 13 zeigen Abarten eines &ldquor;alle Teile in einem gefertigt"-Gasgenerators: Im Gasgenerator 39 ist eine Kartusche 41 enthalten, die das eigentliche Gas hermetisch dicht umschließt. Hierbei ist es zunächst unerheblich, wie das Gas 38 eingefüllt wird: Ob es sich um flüssiges oder festes Gas handelt, das schon in der Kartusche sich befindlich bei entsprechend niedrigen Temperaturen in das Gehäuse / Gasbehälter 39 eingeschoben wird, oder erst über einen irgendwo durch 39 oder 42 hindurchragenden Nippel eingefüllt und dieser danach wieder geeignet verschlossen wird - es ändert an dem hier vorgeschlagenen einfachen Prinzip - Öffnung des Gasbehälters durch Freigabe einer Abspenplatte 35 nichts, es läßt im Gegenteil nur dessen Vorteile voll zur Geltung bringen.

Figur 13 zeigt das gleiche Prinzip, nur ist hier die Absperrplatte 35 nur in einer relativ kleinen Umgebung geschwächt (37), während in Figur 12 die Absperrplatte 35 ringsum geschwächt ist (73).

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In Figur 15 reichte der Freigabestift 65 durch die gesamte Platte, diese wird also an zwei Stellen gehalten. Die Freigabe erfolgt entweder bei Ansteuerung des Aktuators 7 durch Anziehen des Stiftes, bis das Stiftende aus dem Gehäuse des Gasbehälters gezogen ist und der andere Teil des Stiftes, der ja noch im Gehäuse steckt, durch den auf der Platte lastenden Gasdruck bzw. die daraus wirkende Kraft abgeschert wird - oder der Stab besitzt an beiden Seiten Kerb- oder Flachstellen, die beim Verschieben des Stabes durch Ziehen oder Drücken dann in den Spaltbereich kommen und damit wirksam werden: Das Restmaterial des Freigabestiftes wird demnach dort, also am Stiftanfang und am Stiftende einfach abgeschert. Mit 63 wird hier gleichzeitig gezeigt, wie all die vorher schon gezeigten Absperrplatten alternativ und mit Vorteil eingeschweißt bzw. festgehalten werden können: Einfach durch die Wand durchgeschweißt oder durch das Zuschweißen einer hier vorher angebrachten I oder V-Kerbe im Gehäuse des Gasbehälters 16! Je nach Schweißstärke wird die Absperrplatte nur gepreßt oder mehr oder wenig innig mit dem Gehäuse verschweißt.

Figur 16 zeigt die Verwendung von zwei Freigabestiften bzw. Aktuatoren 7 anstelle des durchgehenden Freigabestifts 65 aus Figur 15.

In Figur 17 wurde die radiale Schweißnaht 63 durch eine Rollnaht 64 ersetzt - auch hier kann je nach Rolltiefe die Absperrplatte nur verspannt oder mehr oder weniger gut formschlüssig mit dem Gasbehälter 16 verbunden werden. Die Rolltiefe kann auch so gewählt werden, daß sich der Rand 2 der Absperrplatte 3 nach Betätigen des Aktuators 7 durch die auf der Absperrplatte 3 wirkenden Kraft nach innen biegt und sich damit die Platte quasi aus der Verschnappung löst. Allerdings muß in diesem Fall wieder eine innen mit der Wandung des Gasbehälters 16 verbundene Folie 74 ähnlich 11 oder 20 für das hermetische Abdichten eingebracht werden. In Figur 17 wird gleichzeitig der Fall einer abgestützten Abspenplatte gezeigt - anders als bei Figur 15 wird hier der Freigabestift direkt an der Rückseite der Platte geführt, während bei Figur 15 der Freigabestift direkt durch die Platte geführt wurde. Der Vorteil liegt auf der Hand: Man vermeidet die Querbohrung der Absperrplatte mit der entsprechenden Einpaßarbeit und man erkennt von außen, ob der Freigabestift eingebaut ist oder nicht (QS ist erleichtert).

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Als Einstellgrößen fur den aus dem Generator austretenden Massenstrom gibt es damit bei der erfindungsgemäßen parallelen Anordnung der von der Absperrplatte 3 freigegebenen Ausströmöffnungen in den Airbagsack folgende Parameter bzw. Einflußgrößen:

1. Das Volumen des bedrückten und von der Platte abgeschlossen Flaschenteiles

2. Die Gasart im Volumen -möglich sind Helium, Argon, Stickstoff, Luft, Gemische daraus, Flüssiggas um beispielsweise den Kammerdruck möglichst lange durch den Phasenübergang flüssig-gasförmig stabil zu halten, das Expandieren nach dem Aufblasen des Sackes durch die Phasenumwandlung im Sack selbst noch zu ermöglichen oder zusätzlich Energie zu erzeugen durch das Entflammen des Gasgemisches, sofern das Flüssiggas entzündlich bzw. brennbar ist, es kann Gas in fester Form, beispielsweise Trockeneis eingebracht werden, weiter Gase mit gespeicherter innerer Energie wie Butan, Propan, Wasserstoff, Acetylen. In Sonderfällen wird man auch Trockeneis einfüllen bzw. Kohlendioxid oder gar Lachgas verwenden. Auch kann im Gasvolumen das Gas erst erzeugt werden, insbesondere durch eine Verbrennung.

3. Der jeweilige Gasdruck

4. Das Material der Abspenplatte

5. Die Dicke der Absperrplatte

6. Die Geometrie der Platte

7. Die Unterstützung der Stabilisierung der Platte durch Kippen im Gasbehälter durch Anpressung des Plattenrands durch den Gasinnendruck durch selbstlidernde Maßnahmen (2).

8. Die Querschnittsfläche der von der Platte verschlossenen Auslaßöffnungen

9. Die Zahl und die Art der Aufteilung der Auslaßöffhungen über den entsprechenden Abschnitt des Gasbehälters 16

10. Die Ausgestaltung der Dicht- oder Schweißnähte der Absperrplatten

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11. Die Ausbildung des Dichtsystems bzw. des Spalts zwischen der abdichtenden bzw. absperrenden Platte und der Wandung des Gasbehälters - beispielsweise kann eine geringe Leckage von einer bedrückten Kammer in die vorherige erwünscht sein, um massenstrommäßig einen Übergang von einer Stufe zur nächsten zu verwirklichen!

Die Wirkung aller oben aufgelisteten Einfiißgrößen wird in einer Rechnersimulation zunächst grob erfasst und danach in einigen wenigen Versuchen nachgewiesen bzw. optimiert!

Die eingezeichneten Absperrplatten und Abdichtmaßnahmen sind hier nur beispielhaft eingetragen: Die Absperrplatten können genauso einstückig teilweise oder im ganzen mit dem Rohr der Gasbehälter verbunden sein, jeder Typ von Absperrplatte kann prinzipiell auch mit jedem anderen Typ von Abdichtsystem verbunden werden.

Claims

1. Ein- oder mehrstufiger Gasgenerator, insbesondere für KFZ-Airbagsysteme, mit mindestens einem Gasbehälter (16, 39, 50), in welchem ein Vorratsgas enthalten und/oder in welchem Gas erzeugbar und/oder welchem Gas zuführbar ist, wobei der Gasbehälter mindestens eine ansteuerbare Freigabevorrichtung (18, 21, 23, 26, 31, 71, 44, 65, 67) für mindestens ein Plattensystem (3, 70,19, 27, 30, 35) besitzt und ansonsten eine Hintereinanderschaltung von Öffnungen (8, 5, 13, 15, 72, 55, 66) aufweist, die nach dem Freigeben des oder eines Teils des Plattensystems nacheinander durch das Plattensystem strömungsmäßig wirksam zugeschaltet werden und damit das hinter dem Plattensystem gespeicherte Gas nach und nach freigegeben wird, wobei die Ausströmöffnungen in den Airbagsack und/oder die durchströmten Öffnungen im Plattensystem hinsichtlich ihrer jeweils einzelnen Querschnitte bzw. hinsichtlich der Gesamtquerschnittsfläche strömungsbestimmend für den Massenstrom des jeweils ausströmenden Gases ausgebildet sind.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslassöffnungen 5, 8, 13, 15, 72, 55 oder 66 für das im Gasbehälter befindliche oder darin erzeugbare Gas durch das Plattensystem freigegeben werden.

3. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslassöffnungen 5, 8, 72 oder 66 für das im Gasbehälter befindliche oder darin erzeugbare Gas Teil eines Diffusors oder einer Wirbelkammer 17 sind, d. h. daß mit Ausströmen des Gases der ganze Gasgenerator schubneutral bleibt.

4. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslassöffnungen 13, 15 oder 55 für das im Gasbehälter befindliche oder darin erzeugbare Gas der Beginn eines Gasleitrohres ist, durch das vom Plattensystem freigegebene Gas an den Ort des abgelegenen Airbags geführt wird.

5. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf das durch das den Ausströmöffnungen am nächsten gelegene Plattensystem noch ein oder mehrere Plattensysteme anschließen, die jeweils wieder ein Gas einschließen.

6. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf das durch das den Ausströmöffnungen am nächsten gelegene Plattensystem noch ein oder mehrere Membransysteme anschließen, die jeweils wieder ein Gas einschließen.

7. Gasgenerator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle von den Membran- oder Plattensystemen eingeschlossenen Volumina unterschiedlich groß sein können und mit ein und demselben Gas gefüllt sind.

8. Gasgenerator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle von den Membran- oder Plattensystemen eingeschlossenen Volumina unterschiedlich groß sein können und mit verschiedenen Gasarten gefüllt sind.

9. Gasgenerator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle von den Membran- oder Plattensystemen eingeschlossenen Volumina unterschiedlich groß sein können und mit verschiedenen Gasdrücken gefüllt sind.

10. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Öffnungen der Membran- bzw. Plattensysteme jeweils eine unterschiedliche Öffnungsquerschnittsfläche aufweisen.

11. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Öffnungen der Membran- bzw. Plattensysteme in Strömungsrichtung jeweils einen unterschiedlichen Verlauf der Öffnungsquerschnittsfläche aufweisen.

12. Gasgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Öffnungen der Membran- bzw. Plattensysteme in Strömungsrichtung verjüngend, erweiternd oder in Form einer Laval-Düse ausgebildet sind.

13. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Öffnungen der Membran- bzw. Plattensysteme mittels jeweils einer zerstörbaren Membran bzw. freigebbaren Platte verschlossen sind.

14. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Öffnungen der Membran- bzw. Plattensysteme mittels jeweils mehreren zerstörbaren Membranen oder freigebbaren Platten verschlossen sind.

15. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen eine örtlich konstante Wandstärke aufweisen.

16. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen eine örtlich variable Wandstärke aufweisen, um so bereits durch eine eingebaute Stufe funktionell eine Zweistufigkeit zu erreichen.

17. Gasgenerator nach Anspruche 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattensystem durch ein im Gasbehälter 16 oder außerhalb des Gasbehälters 16 angebrachte, in ihr selbst Wirbelströme erzeugende Baugruppe ähnlich Fig. 15a und 16a der Anmeldung 200 13 404.3 ausgebrochen wird.

18. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattensystem durch ein im Gasbehälter 16 oder außerhalb des Gasbehälters 16 angebrachte, in ihr selbst Wirbelströme erzeugende Baugruppe zerstört wird, wobei die Materialaufweichung durch die schlagartige Erhitzung der Membran durch die in ihr induzierten Sekundär- bzw. Wirbelströme für seine Zerstörung genutzt werden.

19. Gasgenerator nach Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattensystem durch ein im Gasbehälter 16 oder außerhalb des Gasbehälters 16 angebrachte zusätzliche Platte aus elektrisch gut leitendem Material ähnlich Teil 159 von Fig. 15a der Anmeldung 200 13 404.3 aufgedrückt wird, nachdem in ihr selbst Wirbelströme erzeugt wurden.

20. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie für die Erregerspule 152 ähnlich Fig. 15a der Anmeldung 200 13 404.3 von außen über eine Feldspule 158 in den Gasgenerator eingestrahlt wird und damit die Erregerspule nach außen nicht mit einem Kabel versorgt werden muß.

21. Gasgenerator nach einem der aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungszeit des Plattensystems durch die Länge der freien Beschleunigungsstrecke der Platte bis zum Passieren der ersten Auslaßöffnung, Masse der Platte 3 selbst und den auf die Platte wirkenden Druck p eingestellt wird.

22. Gasgenerator nach Anspruche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabeeinrichtung des Plattensystems durch einen pyrotechnischen, elektromagnetischen oder pneumatisch betätigten Aktuator 7, 22, 25 oder 36 betätigt wird.

23. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattensystem ganz oder teilweise von einem Dichtsystem 11, 20,24, 28 oder 74 abgedichtet oder sogar hermetisch dicht abgedichtet wird.

24. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere, sich ganz schließendes bzw. dichtendes System 41 eingebracht ist, die das gasbedrückte Volumen abdichtet oder sogar hermetisch dicht abdichtet.

25. Gasgenerator nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das abdichtende System 41 kartuschenähnlich in den Gasbehälter 16 oder 39 eingebracht wird.

26. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabeeinrichtungen für das Plattensystem einzeln oder mehrere am oder im Gasbehälter 16 oder 39 angebracht sind.

27. Gasgenerator nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabeeinrichtungen für das Plattensystem einzeln oder zeitlich nacheinander oder unabhängig voneinander aktiviert werden.

28. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausdrückbare oder abscherbare Teile 32 oder 33 eingebracht sind, die die Freigabeeinrichtung entlasten.

29. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattensystem mehrteilig ist und nur ein Teil davon von der Freigabeeinrichtung freigegeben wird.

30. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattensystem mehrteilig ist und mehrere Teile davon gleichzeitig oder im zeitlichen Abstandvoneinander von einzelnen Freigabeeinrichtungen freigegeben werden.

31. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattensystem oder Teile davon durch eine Freigabeeinrichtung 44 freigeben wird, die beim Durchgang eines elektrischen Stroms über die Kontakte 43 so geschwächt wird, daß die Freigabeeinrichtung die Plattenkräfte nicht mehr kompensieren kann und damit das Plattensystem freigibt.

32. Gasgenerator nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß diese Freigabeeinrichtung 44 eine stabförmige Elektrode ist, die aus einem isolierten elektrischen Leiter, Halbleiter oder schlechten Leiter besteht, insbesondere aus lackisoliertem Kupferdraht, Kohle oder Graphit, mit oder ohne zusätzlicher elektrischer Isolation.

33. Gasgenerator nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß diese Freigabeeinrichtung 44 eine stabförmige Elektrode ist, die aus einem Material mit innerer chemischer Energie besteht, insbesondere aus Magnesium, mit oder ohne zusätzlicher elektrischer Isolation.

34. Gasgenerator nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß diese Freigabeeinrichtung 44 durch Gleichstrom gemäß Fig. 10, durch Wechselstrom oder durch eine Kondensatorentladung gemäß Fig. 11 mit Energie für die Auslösung der Freigabeeinrichtung beschickt wird.

35. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Ausströmöffnungen 66 die Form eines Langloches haben, um damit quasi linear, degressiv oder progressiv den Massenstrom durch die daran vorbeifahrendem Plattensystem zu erreichen.

36. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattensystem oder Teile davon durch Verbindungsstellen 9, 12, 63 oder 64 mit dem Gasbehälter form- oder kraftschlüssig verbunden wird und dieses damit nur so stark hält, daß das Plattensystem oder Teile davon zwar abgedichtet werden, aber bei Betätigung der Freigabeeinrichtung von der jeweiligen Wand bzw. Haltestelle losreißen.

37. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattensystem selbstlidernd gemäß 2 oder 68 ausgeführt ist und damit sowohl das Plattensystem während seiner Schiebefahrt abdichtet, als auch die Verklemmung der Platte im noch nicht freigegebenen Zustand durch Anpreßkräfte aus dem eingefüllten Gas verstärkt.

38. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas die freigegebene und bereits weggedrückte Platte über Schlitze im Umfang des Gasbehälters 13 passieren und dann axial über die Schlitze bzw. den Ringspalt 10 oder eine Zentralbohrung 15 oder über einen offenen Querschnitt 55 den Gasgenerator verlassen kann.

39. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsteile des Gasbehälters, d. h. inkl. Boden, Plattensystem, Diffusor 17 oder Auslaßteil 55 im ganzen oder einzelne Teile zusammen aus einem Teil bzw. in einem Fertigungsgang hergestellt werden, insbesondere durch Spritzen, Gießen, Druckguß oder Rapid Prototyping.

40. Gasgenerator nach einem der aufgeführten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Airbagsack und den Ausströmöffnungen noch ein oder mehrere Filterpakete zur Beseitigung von Partikeln befindet.