DE20114189U1

DE20114189U1 - Gasgenerator

Info

Publication number: DE20114189U1
Application number: DE20114189U
Authority: DE
Original assignee: TRW Airbag Systems GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2011-08-29

Description

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Patentanwälte Manzingerweg 7

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS D-81241 München

EUROPEANTRADEMARKATTORNEYS Tel. +49 89 89 69 80

28. August 2001

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

D-84544 Aschau am Inn

Unser Zeichen: T 9748 DE
KI/Hc

Gasgenerator

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator für ein Sicherheitssystem, insbesondere ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit einer mit Treibstoff gefüllten Brennkammer, in der nach Zündung und Verbrennen des Treibstoffs ein Heißgas erzeugt wird, mit einer mit Flüssigkeit gefüllten Flüssigkeitskammer, mit einer Mischkammer, in der Flüssigkeit und Heißgas gemischt werden, und mit einem Steuerventil zum Steuern der in die Mischkammer eintretenden Flüssigkeitsmenge.

Ein derartiger Gasgenerator ist aus der DE 199 13 145 Al bekannt. Das Steuerventil ist als pulsendes Ventil ausgeführt, das mehrfach geöffnet und wieder geschlossen werden kann, wodurch die Menge der Flüssigkeit gesteuert wird. Auch eine Steuerung durch den durch die Magnetspule durchgeleiteten Strom erlaubt eine direkte Steuerung der eingespritzten Flüssigkeitsmenge.
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Die Erfindung schafft einen Gasgenerator, bei dem die eingespritzte Flüssigkeitsmenge sehr einfach und sehr genau gesteuert werden kann. Auch die Ansteuerung selbst soll sehr einfach erfolgen können. Dies wird bei einem Gasgenerator der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß das Steuerventil einen elektrischen, schrittgesteueiten

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Motor hat, über den ein Steuerglied in zahlreiche Positionen verstellbar ist. Ein schrittgesteuerter Motor ist z.B. ein sogenannter Schrittmotor, bei dem die Motorwelle schrittweise gedreht wird und sich eine volle Umdrehung der Motorwelle aus einer genau definierten Anzahl von Einzelschritten zusammensetzt, oder ein linearer Schrittantrieb, bei dem ein Stator, der von einer Spule umgeben ist, in Einzelschritten axial verschoben werden kann. Derartige schrittgesteuerte Motoren bieten den Vorteil, daß digitale Steuersignale direkt verarbeitet werden können, denn der schrittgesteuerte Motor ist sozusagen ein Bindeglied zwischen digitaler Information und inkrementaler mechanischer Bewegung. Ein hoher Wirkungsgrad, hohe Drehmomente bei geringen Abmessungen, Selbsthaltemomente im elektrisch nicht erregten Zustand und schrittgenaue Positionierung ohne Rückmeldung durch Vorgabe einer Anzahl von Steuerimpulsen sind neben der Betriebssicherheit, Wartungsfreiheit und einfachen Handhabbarkeit die großen Vorteile von schrittgesteuerten Motoren. Die aufwendige Lageerkennung oder Taktung des Ventilkörpers, wie es bei einem Magnetventil der Fall ist, kann entfallen.

Das Steuerglied ist vorzugsweise eine Hülse, die linear durch den schrittgesteuerten Motor verfahrbar ist. Durch diese Hülse, die von den Statorwicklungen des Motors umgeben ist, fließt vorzugsweise die Flüssigkeit, was einen sehr kompakten Aufbau ergibt, denn Ventilstangen oder dergleichen können entfallen.

Die Hülse ist entweder nur axial schrittweise verstellbar oder der rotierende Läufer des Schrittmotors, der über ein Gewinde mit einer stationären Gegenhülse in Eingriff ist, so daß sich die Hülse beim Drehen axial verschiebt. Die Gegenhülse ist vorzugsweise zwischen den Statorwicklungen und der Hülse angeordnet, wodurch sich erneut eine kompakte Bauweise verwirklichen läßt.

Vorzugsweise ist das Steuerventil am Auslaß der Flüssigkeitskammer angeordnet, so daß die in die Mischkammer einströmende Flüssigkeitsmenge unmittelbar durch das Steuerventil beeinflußt wird. Eine andere Möglichkeit, nämlich eine indirekte Steuerung herbeizuführen, bestünde darin, beispielsweise das Heißgas, das zum Antrieb eines Kolbens, der die Flüssigkeit aus der Flüssigkeitskammer drückt, dient, über das

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in eine Druckkammer einströmen zu lassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- Figur 1 eine Längsschnittansicht durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators,

- Figur 2 eine Längsschnittansicht durch eine erste Ausfuhrungsform des beim erfindungsgemäßen Gasgenerator einsetzbaren Steuerventils in Form eines linearen schrittgesteuerten Motors, und

- Figur 3 eine Längsschnittansicht durch eine zweite Ausführungsform des beim erfindungsgemäßen Gasgenerator einsetzbaren Steuerventils in Form eines Schrittmotors.

Der in Figur 1 gezeigte Rohrgasgenerator 10 weist eine Brennkammer 12, eine Flüssigkeitskammer 14, eine Druckkammer 15 sowie eine Mischkammer 16 auf. Mit 17 ist eine Filterkammer bezeichnet.

Die Brennkammer 12 enthält neben dem pyrotechnischen Treibstoff 18 eine Anzündeinheit 19.

Der Gasgenerator weist darüber hinaus ein zentrales Gasleitrohr 20 auf, das einen Teil des Heißgasstromes nach Zündung zur Druckkammer 15 leitet. Das Gasleitrohr 20 ist von einem Flüssigkeitsleitrohr 22 umgeben, so daß zwischen Gasleitrohr 20 und Flüssigkeitsleitrohr 22 ein ringförmiger Kanal 24 gebildet ist, der sich bis zur Mischkammer 16 erstreckt und dort an einer konusförmigen Stirnwand 26 endet. Am stromaufwärtigen Ende des Flüssigkeitsleitrohres 22 sitzt ein Steuerventil 28. Das Steuerventil 28 umfaßt eine Hülse 30, die in den Figuren 2 und 3 deutlicher zu erkennen ist. Über Öffnungen 40 der Flüssigkeitskammer 14 kann die Flüssigkeit in einen Raum 32 vor der Hülse 30 gelangen. Die Flüssigkeitskammer 14 ist gegenüber der Öffnung

40 in noch nicht betätigtem Zustand geschlossen, indem eine Membrane

41 vor der Öffnung 40 angeordnet ist. Das Steuerventil 28 hat eine Spule 42, welche die Hülse 30 umgibt.

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Die Spule 42 und die Hülse 30 bilden einen elektrischen, schrittgesteuerten Linearmotor, durch den die Hülse 30 in zahlreiche Stellungen verschoben werden kann, um einen Ventilspalt 34 zu schließen oder verschieden groß zu machen, über den Flüssigkeit in den Kanal 24 gelangen kann. Die Hülse 30 ist aus relativ dünnen Permanentmagnetscheiben, die axial aneinandergrenzen, zusammengesetzt.

Eine axiale Bohrung 36 in der Hülse dient dem Druckausgleich zwischen den Räumen an den axialen Enden der Hülse 30, so daß die Hülse, z.B. wenn sie nach links verschoben wird, nicht gegen Flüssigkeit, die im angrenzenden Raum vorhanden ist, arbeiten muß.

Die Spule 42 kann die Hülse 30 axial bewegen. Üblicherweise ist eine nicht gezeigte Feder vorhanden, die die Hülse 30 bei stromloser Spule in eine definierte Ausgangsstellung bringt.

Die Flüssigkeitskammer ist von der Druckkammer durch einen Balg 48 getrennt. Der Balg 48 bildet einen Auspreßkolben.

Beim Zünden des pyrotechnischen Festtreibstoffes 18 entsteht heißes Gas. Dieses Gas zerstört zuerst ein Sieb 50 und gelangt dann zum Teil über Öffnungen 52 in die Mischkammer. Ein anderer Teil des Heißgases gelangt jedoch über das zentral angeordnete Gasleitrohr 20 und einen anschließenden Kanal 54 in die Druckkammer 15. Der sich hier aufbauende Druck führt zur axialen Verschiebung des Balgs 48 nach links. Dadurch wird Flüssigkeit über die Öffnungen 40 in den Raum 32 gepreßt. Über einen Ansteuerstrom wird die Stellung der Hülse 30 gesteuert. Der Ventilspalt 34 wird mehr oder weniger groß, so daß mehr oder weniger Flüssigkeit über den Kanal 24 in die Mischkammer 16 gelangt.

Das Steuerventil 28 steuert die Menge der eingespritzten Flüssigkeit und damit das Mischungsverhältnis Heißgas zu Flüssigkeit.

Die in die Mischkammer einströmende Flüssigkeit strömt an der konisehen Stirnwand 26 in Pfeilrichtung nach außen. Der sich ergebende Flüssigkeitsfilm wird mit zunehmendem Strömungsweg immer dünner und reißt an einer Kante ab, wo er auch auf den Heißgasstrom trifft, der

durch die Öffnungen 52 in die Mischkammer gelangt. Das Gas verdampft die Flüssigkeit. Das Gemisch strömt schräg radial einwärts in die Filterkammer und gelangt da über Filter 60 zu radialen Ausströmöffnungen 62, von wo aus es zum Beispiel in einen Gassack strömt. Die Flüssigkeit kann brennbar oder nicht brennbar sein.

Indem die in den Kanal 24 gelangende Flüssigkeitsmenge am Ausgang der Flüssigkeitskammer 14 gesteuert wird, kann der Flüssigkeitsstrom auch unmittelbar, d.h. ohne Verzögerung gestoppt werden. Ein Verstopfen des Steuerventils 28 ist so gut wie ausgeschlossen, da durch es nur die Flüssigkeit strömt, die frei von Verunreinigungen oder Fremdkörpern ist. Die Steuerung des Ventils 28 ist sehr einfach.

Das Ventil 28 kann zeitlich vor und/oder während des Aktivierens des Gasgenerators angesteuert und betätigt werden. Zum Beispiel ist es möglich, das Ventil vor Aktivieren des Gasgenerators vollständig oder teilweise zu öffnen, um damit die notwendige Flüssigkeitsmenge beim Aktivieren des Gasgenerators zur Verfügung zu stellen. Diese Menge hängt vor allem von dem Rückhaltesystem ab, das vom Gasgenerator mit Gas versorgt wird. Die Ventilstellung und damit die Durchströmöffnungen können aber auch während des Aktivieren des Gasgenerators verändert werden.

Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform ist der Motor im Steuerventil 28 als Schrittmotor ausgeführt, in dem die Spule 42 einen rotierenden Läufer in Form der Hülse 30 umgibt. Zwischen Hülse 30 und Spule 42 ist eine stationäre, d.h. nicht drehbare und nicht verschiebbare Gegenhülse 38 vorgesehen. Hülse 30 und Gegenhülse 38 sind über Gewinde 44 miteinander in Eingriff. Beim Anlegen eines Stromes an die Spule 42 dreht sich die Hülse 30 deshalb schrittweise und verschiebt sich zugleich axial, um den Ventilspalt 34 zu verändern. Wie mit den Pfeilen gezeigt, kann die Flüssigkeit deshalb durch die Öffnungen 40, am Ventilspalt 34 vorbei in den Kanal 24 gelangen.

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Claims

1. Gasgenerator für ein Sicherheitssystem, insbesondere ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem,
mit einer mit Treibstoff gefüllten Brennkammer (12), in der nach Zündung und Verbrennen des Treibstoffs ein Heißgas erzeugt wird, mit einer mit Flüssigkeit gefüllten Flüssigkeitskammer (14), mit einer Mischkammer (16), in der Flüssigkeit und Heißgas gemischt werden, und
mit einem Steuerventil (28) zum Steuern der in die Mischkammer (16) eintretenden Flüssigkeitsmenge,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Steuerventil (28) einen elektrischen, schrittgesteuerten Motor hat, über den ein Steuerglied in zahlreiche Positionen verstellbar ist.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied eine Hülse (30) ist, die linear durch den Motor verfahrbar ist.

3. Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse einen verstellbaren Ventilspalt (34) freigibt oder schließt, über den Flüssigkeit zur Mischkammer (16) gelangt.

4. Gasgenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Hülse (30) die Flüssigkeit strömt.

5. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (30) von der Spule (32) des Motors umgeben ist.

6. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (30) nur axial und schrittweise verstellbar ist.

7. Gasgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse aus ringförmigen Permanentmagnetscheiben zusammengesetzt ist.

8. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (30) der rotierenden Läufer des als Schrittmotor ausgebildeten Motors ist und über ein Gewinde (34) mit einer stationären Gegenhülse (38) in Eingriff ist, so daß sich die Hülse (30) beim Drehen axial verschiebt.

9. Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (28) am Auslaß der Flüssigkeitskammer (14) angeordnet ist.