DE19543796B4

DE19543796B4 - Gasgenerator für ein Airbagsystem

Info

Publication number: DE19543796B4
Application number: DE1995143796
Authority: DE
Inventors: Klaus Bernau
Original assignee: Temic Bayern Chemie Airbag GmbH
Current assignee: ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2015-11-25
Also published as: DE19543796A1

Abstract

Gasgenerator (10; 20) für ein Airbagsystem mit einer Brennkammer (12; 22), in der eine vorzugsweise in Form von Brennstofftabletten vorliegende Feststoff-Treibladung (15; 25) zur Gaserzeugung untergebracht ist, und mit einer unmittelbar an die Brennkammer (12; 22) angrenzenden Anzündeeinheit (11; 21), in der eine pyrotechnische, vorzugsweise BKNO₃ enthaltende Zündmaterialmischung zur Erzeugung heißer Partikel zum Anzünden der Feststoff-Treibladung (15; 25) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trockenhaltung der Zündmaterialmischung eine feuchtigkeitsdurchlässige Verbindung zwischen der pyrotechnischen Zündmaterialmischung der Anzündeeinheit (11; 21) und der Feststoff-Treibladung (15; 25) in der Brennkammer (12; 22) vorgesehen ist, derart, daß die innerhalb des Gasgenerators (10; 20) befindliche Luftfeuchtigkeit in erster Linie von der im Vergleich zur Zündmaterialmischung hygroskopischeren Feststoff-Treibladung (15; 25) aufgenommen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasgenerator für ein Airbagsystem mit einer Brennkammer, in der eine vorzugsweise in Form von Brennstofftabletten vorliegende Feststoff-Treibladung zur Gaserzeugung untergebracht ist, und mit einer unmittelbar an die Brennkammer angrenzenden Anzündeeinheit, in der eine pyrotechnische, vorzugsweise BKNO₃ enthaltende Zündmaterialmischung zur Erzeugung heißer Partikel zum Anzünden der Feststoff-Treibladung vorhanden ist.

Ein derartiger Gasgenerator ist durch die DE 39 14 690 A1 oder die DE 40 09 551 A1 bekanntgeworden.

In Fahrzeugen und insbesondere in Kraftfahrzeugen werden Airbagsysteme eingebaut, die im Falle eines Aufprallunfalls des Fahrzeugs die Fahrzeuginsassen vor dem Aufprall auf harte Fahrzeuginnenteile, wie das Lenkrad oder die Seitenverkleidungen der Fahrzeugtüren, schützen. Die bekannten Airbagsysteme verwenden Gasgeneratoren, die mit Hilfe einer den Aufprallunfall des Fahrzeugs erkennenden Sensorik des Airbagsystems aktivierbar sind und ein Gas zum Füllen eines Luftsackes erzeugen. Durch den aufblasbaren Luftsack wird die kinetische Energie des Fahrzeuginsassen beim Aufprallunfall des Fahrzeugs reduziert.

In einer Brennkammer des Gasgenerators ist meist eine in Tablettenform vorliegende Feststoff-Treibladung angeordnet, die in der Brennkammer unter einem hohen Druck abbrennt. Durch das Abbrennen der Treibladung wird das Gas zum Füllen des Luftsackes erzeugt. Da neben reinem Gas auch noch flüssige bzw. feste Bestandteile bei der Verbrennung entstehen, wird der Gasstrom durch entsprechende Gasstromfilter innerhalb des Gasgenerators vor dem Austritt aus dem Gasgenerator in den Luftsack gereinigt.

Der aus der DE 39 14 690 A1 bekannte Gasgenerator umfaßt im wesentlichen eine Brennkammer und eine Anzündeeinheit. Die Anzündeeinheit dient der Unterbringung einer pyrotechnischen Zündmaterialmischung, die aus einem Treibmaterial und einem selbstzündenden Material besteht. Das selbstzündende Material aus einem Zellulosenitrat-Pulver entzündet sich selbständig bei einer bestimmten Temperatur, so daß die dadurch entstehende weitere Temperaturerhöhung auch zum Entzünden des Treibmaterials führt, das sich aus Anteilen von BKNO₃, Kaliumperchlorat und Titanhydrid zusammensetzt. Durch den Abbrand des selbstzündenden Materials und des Treibmaterials entstehen heiße Partikel, die auf die Feststoff-Treibladung in der Brennkammer auftreffen und diese ebenfalls entzünden. Durch den Abbrand der Feststoff-Treibladung entsteht letztlich das zum Aufblasen des Luftsackes erforderliche Gas.

Damit der Ablauf der oben beschriebenen Reaktionsfolge gewährleistet ist, ist es notwendig, daß die Zündmaterialmischung der Anzündeeinheit trocken gehalten wird. Wenn der Ernstfall, d.h. die Aktivierung des Airbagsystems, erst Jahre nach dem Einbau des Airbagsystems in ein Fahrzeug auftritt, muß sichergestellt sein, daß die Zündmaterialmischung keine Feuchtigkeit aufgenommen hat, sondern möglichst den gleichen Trocknungsgrad aufweist, wie beim Einbau des Airbagsystems. Wenn dies nicht der Fall sein sollte, ist ein exaktes Funktionieren des Zündvorgangs der Zündmaterialmischung nicht gegeben und setzt unter Umständen verzögert ein. Folglich muß bei der Konstruktion des Gasgenerators dafür Sorge getragen werden, daß eine Änderung des Feuchtigkeitsgehaltes der Zündmaterialmischung innerhalb der Anzündeeinheit nicht auftreten kann. Nur dann läßt sich eine mangelnde Reproduzierbarkeit des Zündvorgangs ausschließen.

Der bekannte Gasgenerator versucht diesen Problemen dadurch entgegenzuwirken, daß die Anzündeeinheit nach außen möglichst dicht ausgebildet ist. Dies wird beispielsweise durch zusätzliche Dichtungsanordnungen realisiert. Doch trotz einer optimierten Technik wird dies oft nicht erreicht. Bei anderen Gasgeneratoren werden in Kunststoff eingegossene Anzündeeinheiten eingesetzt, die den Anforderungen aber ebenfalls nicht gerecht werden. Trotzdem sind die bekannten Gasgeneratoren aufwendig gefertigt, da sie eine Vielzahl von Bauteilen aufweisen. Die Herstellung der bekannten Gasgeneratoren ist zusätzlich kostenintensiv und teuer.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den bekannten Gasgenerator derart weiterzuentwickeln, daß bei möglichst einfacher und nach außen nicht vollständig abgedichteter Bauweise des Gasgenerators gewährleistet ist, daß die Zündmaterialmischung auch lange Zeit nach dem Einbau in die Anzündeeinheit keine Feuchtigkeit aufgenommen hat.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Gasgenerator dadurch gelöst, daß zur Trockenhaltung der Zündmaterialmischung eine feuchtigkeitsdurchlässige Verbindung zwischen der pyrotechnischen Zündmaterialmischung der Anzündeeinheit und der Feststoff-Treibladung in der Brennkammer vorgesehen ist, derart, daß die innerhalb des Gasgenerators befindliche Luftfeuchtigkeit in erster Linie von der im Vergleich zur Zündmaterialmischung hygroskopischeren Feststoff-Treibladung aufgenommen wird.

Da die tablettenförmige Feststoff-Treibladung in hohem Maße hygroskopischer als die Zündmaterialmischung ist, wird die innerhalb des Gasgenerators befindliche Luftfeuchtigkeit in erster Linie von der im Vergleich zur Zündmaterialmischung hygroskopischeren Feststoff-Treibladung aufgenommen, da ein Feuchtigkeitsaustausch durch die feuchtigkeitsdurchlässige Verbindung der Anzündeeinheit mit der Brennkammer des erfindungsgemäßen Gasgenerators möglich ist.

Beispielsweise sind Brennstofftabletten mit einem Gewicht von 50-200 g, die lediglich eine relative Feuchte von 0,35-0,5 % H₂O aufweisen, in der Lage, nahezu die gesamte Feuchtigkeit innerhalb des Gasgenerators aufzunehmen. Zum Starten des Zündvorgangs ist es ausreichend, in der Anzündeeinheit eine Zündmaterialmischung mit einem Gewicht von nur 0,9-1,6 g vorzusehen. Da der Volumen-/Gewichtsfaktor zwischen den Brennstofftabletten und der Zündmaterialmischung somit ca. 230 beträgt, ist durch den Feuchtigkeitsaustausch innerhalb des Gasgenerators über viele Jahre hinaus sichergestellt, daß die Zündmaterialmischung trocken bleibt.

Der erfindungsgemäße Gasgenerator nutzt vorteilhafterweise, den Feuchtigkeitstransfer zwischen einem Bereich einer hohen Feuchtigkeitskonzentration zu einem Bereich einer niedrigen Feuchtigkeitskonzentration, da die beiden Bereiche unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehalts bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator miteinander verbunden sind.

Da der bei dem bekannten Gasgenerator notwendige Aufwand einer nahezu perfekten Abdichtung der Anzündeeinheit nach außen entfallen kann, können bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator preiswertere Anzündeeinheiten eingesetzt werden, die die Herstellungskosten des Gasgenerators deutlich reduzieren.

Die feuchtigkeitsdurchlässige Verbindung der Anzündeeinheit mit der Brennkammer läßt sich auf einfache und besonders bevorzugte An und Weise dadurch realisieren, daß sie durch eine perforierte Gehäusewand gebildet ist. Die perforierte Gehäusewand verhindert einerseits den direkten Kontakt der Zündmaterialmischung mit der tablettenförmigen Feststoff-Treibladung und ermöglicht andererseits eine Zirkulation der feuchten Luft innerhalb des Gasgenerators.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die feuchtigkeitsdurchlässige Verbindung durch eine in einer Richtung durchlässige Membran, vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff, gebildet. Durch die Membran des erfindungsgemäßen Gasgenerators kann eine hohe Feuchtigkeitskonzentration innerhalb der Anzündeeinheit in Richtung der Brennkammer abgebaut werden, ohne daß in der Gegenrichtung Feuchtigkeitspartikel zur Zündmaterialmischung gelangen könnten, falls wider Erwarten in der Brennkammer eine hohe Feuchtigkeitskonzentration auftreten sollte.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Gehäuse der Anzündeeinheit hülsenförmig ausgebildet. Eine Gehäusewand des hülsenförmigen Gehäuses kann bei dieser Ausführungsform Perforierungen oder mit einer feuchtigkeitsdurchlässigen Membran abgedeckte Durchtrittslöcher aufweisen, die den Feuchtigkeitsausgleich zwischen Anzündeeinheit und Brennkammer ermöglichen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Brennkammer rings um die Anzündeeinheit herum angeordnet und umgibt die Anzündeeinheit. Folglich kann eine möglichst große Oberfläche der Zündmaterialmischung an die Umgebung Feuchtigkeit abgeben, die von der Feststoff-Treibladung aufgenommen werden kann. Dies wirkt sich vor allem vorteilhaft auf das Anzündverhalten der Zündmaterialmischung des Gasgenerators aus, da sich innerhalb der Zündmaterialmischung ein gleichmäßiger Trocknungsgrad ausbilden kann.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der beigefügten Zeichnung.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 teilweise eine Seitenansicht und teilweise einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Gasgenerators mit einer um eine Anzündeeinheit herum angeordneten Brennkammer; und
2 teilweise eine Seitenansicht und teilweise einen Längsschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Gasgenerators, bei dem eine Anzündeeinheit und eine Brennkammer hintereinander angeordnet sind.
Die Figuren der Zeichnung zeigen den erfindungsgemäßen Gegenstand teilweise stark schematisiert und sind nicht maßstäblich zu verstehen.
1 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch einen Gasgenerator 10, dessen Anzündeeinheit 11 zentral und mittig angeordnet ist, so daß sie von einer Brennkammer 12 umgeben wird. Die Anzündeeinheit 11 und die Brennkammer 12 sind in der Figur nur zur Hälfte durch einen Längsschnitt abgebildet, so daß eine Gehäusefrontwand des Gasgenerators 10 sichtbar ist. Innerhalb der Anzündeeinheit 11 befindet sich eine Zündmaterialmischung. Die Zündmaterialmischung besteht in der Regel aus einem Treibmaterial mit einem Anteil BKNO₃ und aus einem selbstzündenden Material. Da eine Gehäusewand 13 Perforierungen 14 aufweist, kann die innerhalb der Anzündeeinheit 11 befindliche Feuchtigkeit durch die Perforierungen 14 in die Brennkammer 12 gelangen.
Die innerhalb der Brennkammer 12 befindliche Feststoff-Treibladung 15 ist im Vergleich zur Zündmaterialmischung hygroskopischer. Daher wird die in die Brennkammer 12 gelangende Feuchtigkeit von der Feststoff-Treibladung 15 aufgenommen. Die Aufnahmefähigkeit der Feststoff-Treibladung 15 für Feuchtigkeit aus der Anzündeeinheit 11 ist nahezu unbegrenzt. Innerhalb des Gasgenerators 10 ist ein Feuchtigkeitsungleichgewicht gegeben, da die Feuchtigkeit permanent von der Feststoff-Treibladung 15 aufgenommen wird. Aufgrund dieses Feuchtigkeitskonzentrationsgefälles wird die Zündmaterialmischung bevorzugt trocken gehalten. Dies gewährleistet stets eine reproduzierbare Aktivierung des Zündvorgangs.
Wenn das selbstzündende Material der Zündmaterialmischung beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur entzündet wird, wird anschließend bei einer weiteren Temperaturerhöhung auch das Treibmaterial innerhalb der Anzündeeinheit 11 aktiviert, so daß heiße Partikel aus der Anzündeeinheit 11 in die Brennkammer 12 gelangen können und auf der Feststoff-Treibladung 15 auftreffen. Anschließend wird auch die Feststoff-Treibladung 15 entzündet, so daß ein Gas zum Ausblasen eine Luftsackes eines Airbagsystems aufgeblasen werden kann. Durch Austrittslöcher 16 innerhalb der Gehäusefrontwand kann das entstehende Gas in den Luftsack gelangen.
2 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Gasgenerator 20, der teilweise im Längsschnitt gezeigt ist. Eine Anzündeeinheit 21 und eine Brennkammer 22 sind in Längsrichtung des Gasgenerators 20 hintereinander angeordnet und nur teilweise gezeichnet dargestellt, so daß eine Gehäusefrontwand des Gasgenerators 10 zu erkennen ist. Eine Gehäusewand 23 zwischen der Anzündeeinheit 21 und der Brennkammer 22 weist eine Durchführung 24 auf, die eine feuchtigkeitsdurchlässige Verbindung zwischen der Anzündeeinheit 21 und der Brennkammer 22 darstellt. Da eine innerhalb der Brennkammer 22 befindliche Feststoff-Treibladung 25 gegenüber einer innerhalb der Anzündeeinheit 21 befindlichen Zündmaterialmischung hygroskopischer ist, entsteht ein Feuchtigkeitskonzentrationsgefälle zwischen der Anzündeeinheit 21 und der Brennkammer 22. Da die die Feststoff-Treibladung 25 umgebende Feuchtigkeit schnell von der Feststoff-Treibladung 25, die in Tablettenform vorliegt, aufgenommen wird, wird permanent feuchte Luft aus der Anzündeeinheit 21 in die Brennkammer 22 abgezogen und durch die Feststofftreibladung gebunden. Folglich ist gewährleistet, daß die Zündmaterialmischung innerhalb der Anzündeeinheit 21 trocken gehalten wird.
Wenn die Temperatur innerhalb der Anzündeeinheit 21 einen bestimmten Wert überschreitet, so entzündet sich das selbstzündende Material innerhalb der Anzündeeinheit 21 und aktiviert weiterhin das Treibmaterial der Zündmaterialmischung, so daß eine Vielzahl heißer Partikel erzeugt wird, die in die Brennkammer 22 gelangen können und die Feststoff-Treibladung 25 entzünden. Wenn die Feststoff-Treibladung 25 ebenfalls abbrennt, entsteht ein Gas, das zum Ausblasen eines Luftsackes eines Airbagsystems genutzt werden kann. Dieses Gas kann aus Austrittslöchern 26 aus dem Gasgenerator 20 in den ausblasbaren Luftsack gelangen.

Claims

Gasgenerator (10; 20) für ein Airbagsystem mit einer Brennkammer (12; 22), in der eine vorzugsweise in Form von Brennstofftabletten vorliegende Feststoff-Treibladung (15; 25) zur Gaserzeugung untergebracht ist, und mit einer unmittelbar an die Brennkammer (12; 22) angrenzenden Anzündeeinheit (11; 21), in der eine pyrotechnische, vorzugsweise BKNO₃ enthaltende Zündmaterialmischung zur Erzeugung heißer Partikel zum Anzünden der Feststoff-Treibladung (15; 25) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trockenhaltung der Zündmaterialmischung eine feuchtigkeitsdurchlässige Verbindung zwischen der pyrotechnischen Zündmaterialmischung der Anzündeeinheit (11; 21) und der Feststoff-Treibladung (15; 25) in der Brennkammer (12; 22) vorgesehen ist, derart, daß die innerhalb des Gasgenerators (10; 20) befindliche Luftfeuchtigkeit in erster Linie von der im Vergleich zur Zündmaterialmischung hygroskopischeren Feststoff-Treibladung (15; 25) aufgenommen wird.
Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchtigkeitsdurchlässige Verbindung durch eine perforierte Gehäusewand (13; 23) gebildet ist.
Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchtigkeitsdurchlässige Verbindung durch eine in einer Richtung durchlässige Membran, vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff, gebildet ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse der Anzündeeinheit (11; 21) hülsenförmig ausgebildet ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (12) rings um die Anzündeeinheit (11) herum angeordnet ist und die Anzündeeinheit (11) umgibt.