DE20019665U1

DE20019665U1 - Hybridgasgenerator

Info

Publication number: DE20019665U1
Application number: DE20019665U
Authority: DE
Original assignee: TRW Airbag Systems GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2001-01-11
Anticipated expiration: 2010-11-21

Description

TRW Airbag Systems GmbH & Co. KG
Wernher-von-Braun-Straße 1

D-84544 Aschau am Inn

Unser Zeichen: T 9442 DE WS/SF

20. November 2000

Hybridgasgenerator

Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Gasgenerator, insbesondere für Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme, mit wenigstens einer Treibstoff enthaltenden Brennkammer und wenigstens einer Druckkammer, wobei die Druckkammer ein Gemisch aus wenigstens einem ersten und einem zweiten Fluid enthält.

In Hybrid-Gasgeneratoren, insbesondere zum Aufblasen eines Gassacks für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, wird im Rückhaltefall der in der Brennkammer enthaltene Treibstoff durch einen elektrischen Anzünder gezündet. Durch die in dieser Weise erzeugte Druckerhöhung wird die Druckkammer innerhalb weniger Millisekunden geöffnet. Die aus der Druckkammer ausströmenden Gase vermischen sich mit den aus den aus dem Treibstoff freigesetzten Heißgasen und entfalten den Gassack. Der Gassack muß innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums von 20-30 Milli-Sekunden entfaltet werden, was einen hohen Gasdruck erforderlich macht, der auch in der Endphase des Entfaltungsvorgangs noch aufrechterhalten werden muß. Der zeitliche Verlauf der Ausströmrate des gespeicherten Gases ist jedoch im wesentlichen eine Exponentialfunktion, was zu kurzen Standzeiten des Gassacks führt, da die Abkühleffekte im Gassack und die Durchlässigkeit des Sackgewebes nach dem Erreichen des Maximaldruckes nicht mehr kompensiert werden können.

Für einen Rückhaltefall, bei dem der Fahrzeuginsasse mehrmals mit

Gegenständen des Fahrzeuginnenraums zusammenprallen kann, z.B. in einer Rollover-Situation, muß die Standzeit des Gassacks auf einen Zeitraum von mehreren Sekunden erhöht werden, um eine verbesserte Schutzwirkung zu erreichen. Bei den Hybrid-Gasgeneratoren nach dem Stand der Technik wird mit verschiedenen Gasgemischen und Drücken gearbeitet, um eine Standzeiterhöhung zu erreichen. Bekannt ist beispielsweise, daß die Gasfüllung zu 100% aus Helium besteht, das unter einem Druck von 600 bar gespeichert wird. Alternativ hierzu werden Gasgemische benutzt, wie beispielsweise ein Gemisch mit 97% Argon und 3% Helium (alle Angaben in Vol.-%) oder, falls eine Nachreaktion mit den heißen Gasen der Brennkammer erwünscht ist, Gemische mit Sauerstoff (z.B. 80% Argon, 17% Sauerstoff, 3% Helium).

Nachteilig daran ist, daß für alle diese Gasgemische über 15 Jahre eine sehr hohe Gasdichtheit der Druckkammer sichergestellt werden muß, was insbesondere für Helium sehr schwer zu erreichen ist. Zum anderen erfordern die hohen Drücke große Wandstärken des Behälters, um die Berstsicherheit zu gewährleisten. Außerdem begrenzen der Gasdruck und das in der Druckkammer vorliegende Volumen die Gasmenge in der Druckkammer.

Durch die Erfindung soll ein Hybrid-Gasgenerator geschaffen werden, mit dem die Standzeit des Gassacks soweit erhöht werden kann, daß auch für einen Rückhaltefall, bei dem der Fahrzeuginsasse mehrmals mit Gegenständen des Fahrzeuginnenraums zusammenprallen kann, z.B. in einer Rollover-Situation, eine verbesserte Schutzwirkung erreicht wird.

Die Erfindung schafft einen Hybrid-Gasgenerator, mit dem auch in der Endphase der Entfaltung des Gassacks noch genügend Gas zur Verfügung steht, um eine vollständige Füllung über eine längeren Zeitraum zu gewährleisten. Bei einem Hybrid-Gasspeicher der eingangs genannten Art wird dies dadurch erreicht, daß das erste Fluid im gasförmigen Zustand vorliegt und das zweite Fluid eine kritische Temperatur von mindestens 100⁰C aufweist, und daß das zweite Fluid sich bei einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur und einem Druck von 200 bar wenigstens teilweise verflüssigen läßt.

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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das in der Druckkammer zur Verfugung stehende Volumen durch den Einsatz des zweiten Fluids besser genutzt werden kann. Beim Komprimieren des zweiten Fluids bildet sich ab einem bestimmten Druck ein Zweiphasensystem aus. Bei weiterer Druckerhöhung nimmt dann die Dichte des Fluids zu und das Volumen des Fluids ab, der Druck bleibt jedoch konstant. Es kann somit eine größere Menge Gas in das bestehende Kammervolumen eingebracht werden, ohne die mechanischen Anforderungen an den Behälter zu erhöhen. Vorzugsweise beträgt der Volumenanteil des zweiten Fluids, bezogen auf Normalbedingungen, weniger als 50%.

Besonders bevorzugt wird das erste Fluid aus der aus Stickstoff, Argon und Helium oder deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt.

Vorzugsweise ist zweite Fluid Cyclopropan, 1,1-Difluorethan (R

152a) oder Octafluorcyclobutan (RC 318) oder eine Mischung davon.

Diese Fluide sind durch folgende kritische Temperaturen Tkr und kritische Drücke pkr charakterisiert:

Tkr

Cyclopropan 125,2⁰C 55,8 bar

1,1-Difluorethan (R 152a) 113,5⁰C 47,0 bar

Octafluorcyclobutan (RC 318) 115,3°C 27,8 bar

Das heißt, daß sich diese drei Stoffe bei einem Druck von 200 bar und Temperaturen unter 100⁰C verflüssigen lassen.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Hybrid-Gasgenerators läßt sich wie folgt beschreiben. Zuerst wird in bekannter Weise der Treibstoff gezündet und die Druckkammer geöffnet. Die heißen Verbrennungsgase treten aus der Brennkammer aus und vermischen sich mit dem ersten Fluid und den gasförmigen Bestandteilen des zweiten Fluids aus der Druckkammer. Das Gasgemisch strömt nun in den Gassack ein und entfaltet den Gassack innerhalb von 10-30 ms. Damit wird eine erste Schutzwirkung erzielt. Das bis dahin in der Druckkammer zumindest teilweise in der flüssigen Phase vorliegende zweite Fluid wird durch die Wärmeenergie des Systems verdampft und strömt langsam in den Gassack ein, wodurch die Standzeit des Gassacks, abhängig vom

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Volumenanteil des zweiten Fluids, auf mehrere Sekunden ansteigen kann.

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Claims

1. Hybrid-Gasgenerator, insbesondere für Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme, mit wenigstens einer Treibstoff enthaltenden Brennkammer und wenigstens einer Druckkammer, wobei die Druckkammer ein Gemisch aus wenigstens einem ersten und einem zweiten Fluid enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid im gasförmigen Zustand vorliegt und das zweite Fluid eine kritische Temperatur von mindestens 100°C aufweist, und daß das zweite Fluid sich bei einer Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur und einem Druck von 200 bar wenigstens teilweise verflüssigen läßt.

2. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil des zweiten Fluids bezogen auf Normalbedingungen weniger als 50% beträgt.

3. Hybrid-Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fluid Cyclopropan, 1,1-Difluorethan oder Octafluorcyclobutan oder eine Mischung davon ist.

4. Hybrid-Gasgenerator nach an einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid aus der aus N₂, Ar und He oder deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.