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Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher Gasgenerator dient der Erzeugung von Druckgas, mittels dem beispielsweise ein Gassack des Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems in einem Rückhaltefall gefüllt wird. Zu diesem Zweck kann der Gasgenerator eine Kammer mit gespeichertem Kaltgas aufweisen, das bei Aktivierung des Gasgenerators freigegeben wird. Alternativ oder zusätzlich (letzteres bei sogenannten Hybridgasgeneratoren) weist der Gasgenerator eine Brennkammer mit einem pyrotechnischen Treibstoff auf, bei dessen Abbrand Druckgas erzeugt wird. Das bei Aktivierung des Gasgenerators freigesetzte Gas tritt durch eine (oder mehrere) Ausströmöffnung(en) aus dem Gasgenerator aus, wobei die Ausströmöffnung vor der Aktivierung gewöhnlich durch eine Verdämmung oder Membran verschlossen ist. Ist die Ausströmöffnung einmal geöffnet, so besitzt sie einen konstanten Querschnitt. Der Ausströmquerschnitt beeinflußt jedoch den Brennkammerdruck und damit wiederum das Abbrandverhalten des Treibstoffs, insbesondere hinsichtlich der Generatorleistung, der Gasausbeute sowie der Erzeugung von Schadgasen. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, daß der in der Brennkammer herrschende Druck ein gewisses Niveau nicht unterschreitet.
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Ein derartiger Gasgenerator ist beispielsweise in der
EP 0 570 347 A2 gezeigt. Er enthält ein Ventilsystem mit einem Ventilkonus mit angebundenem Führungskolben, wobei der Ventilkonus über eine Kompressionsfeder vorgespannt ist und eine Ausströmöffnung eines Druckbehälters verschließt. Über das Ventilsystem lässt sich die Ausströmöffnung öffnen und schließen.
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Weitere Gasgeneratoren mit ähnlichem Ventilsystem sind aus der
DE 25 18 450 B2 und der
US 4 021 058 A bekannt, Daneben offenbart die
DE 195 28 547 A1 eine impulsformende Ventileinrichtung für eine Airbag-Aufblaseeinrichtung mit einem verschließbaren und einem ständig offenen Gasausfluss.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Gasgenerator zu schaffen, bei dem mit geringem Aufwand und minimaler Bauteilanzahl ein Ausströmquerschnitt in Abhängigkeit vom Innendruck regelbar ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Gasgenerator der eingangs genanten Art erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Mit Hilfe des Federelements wird also ein variabler Durchströmquerschnitt und damit eine variable Abströmung des Gasgenerators in Abhängigkeit vom Innendruck erreicht. Während bei einem geringen Innendruck vergleichsweise wenig Gas ausströmt, ergibt sich bei einem hohen Innendruck aufgrund des vergrößerten Durchströmquerschnitts eine hohe Gasausströmung aus dem Generator. Auf diese Weise läßt sich also der Innendruck, insbesondere in einer Brennkammer, während des gesamten Funktionszeitraums des Gasgenerators im wesentlichen konstant halten. Überdies läßt sich beim erfindungsgemäßen Gasgenerator der zur Freigabe des Durchströmquerschnitts erforderliche Mindestdruck durch definierte Vorspannung des federnden Elements in der Grundstellung nahezu beliebig einstellen. Da sich das federnde Element elastisch verformt, ist außerdem gewährleistet, daß sich der Durchströmquerschnitt im Falle einer Druckentlastung wieder verringert, bis hin zum vollständigen Verschließen der Ausströmöffnung. Dadurch kann bei einem pyrotechnischen Gasgenerator bzw. bei einer Pyrotechnikstufe eines Hybridgasgenerators das Abbrandverhalten des Treibstoffs verbessert werden. Die Erfindung schafft mittels dem federnden Element einen einfach aufgebauten Gasgenerator, denn das federnde Element selbst verschließt den Strömungsweg und nicht etwa ein durch eine Schraubenfeder vorgespannter Ventilkörper.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist im Außengehäuse ein dazu relativ unbewegliches Bauteil mit einer darin ausgebildeten Ausströmöffnung angeordnet.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem unbeweglichen Bauteil um ein Verschlußelement der Kammer, in dem die wenigstens eine Ausströmöffnung angeordnet ist.
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Das federnde Element liegt vorzugsweise zumindest in seiner Grundstellung die Ausströmöffnung radial außerhalb umgebend am Verschlußelement an. D. h. die Ausströmöffnung ist umlaufend vom federnden Element umgeben.
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Vorzugsweise ist am Verschlusselement eine Membran befestigt, die die wenigstens eine Ausströmöffnung vor Aktivierung des Gasgenerators verschließt.
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Bei Aktivierung des Gasgenerators wird die Membran zerstört, und Druckgas kann (ausreichend hohen Druck zur Verformung des federnden Elements vorausgesetzt) durch die Ausströmöffnung entweichen.
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Um das Druckgas, welches den Durchströmquerschnitt passiert, aus dem Außengehäuse des Gasgenerators beispielsweise in einen Gassack zu leiten, weist das Außengehäuse vorzugsweise im Bereich des Verschlußelements, wenigstens eine Abströmöffnung auf.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung stützt sich das federnde Element zumindest in seiner Grundstellung zusätzlich zur Anlage an dem unbeweglichen Bauteil direkt oder indirekt am Außengehäuse ab, ist also zwischen dem Außengehäuse und dem unbeweglichen Bauteil eingespannt. Dadurch ergibt sich ein besonders einfacher und platzsparender Aufbau des erfindungsgemäßen Gasgenerators.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem unbeweglichen Bauteil um eine im Inneren der Kammer angeordnete Kappe, die eine Öffnung der Kammer umgibt. Die Kappe ist insbesondere topfförmig ausgebildet und verschließt einen Strömungsweg in Richtung Öffnung, solange das federnde Element sich in seiner Grundstellung befindet. Wieder kann die Öffnung im nicht aktivierten Zustand durch eine Membran verschlossen sein.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem unbeweglichen Bauteil um ein außerhalb der Kammer angeordnetes Diffusorbauteil.
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Das unbewegliche Bauteil weist bevorzugt mehrere am Umfang angeordnete Ausströmöffnungen auf, die in der Grundstellung durch das bzw. die federnden Elemente verschlossen werden. Wieder ergibt sich eine einfache und platzsparende Ausgestaltung.
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Dabei liegen das bzw. die federnden Elemente vorzugsweise am Umfang des unbeweglichen Bauteils an.
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Bei sämtlichen Ausgestaltungen der Erfindung kann das federnde Element stromabwärts der Ausströmöffnung angeordnet sein.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist das federnde Element stromaufwärts der Ausströmöffnung angeordnet, insbesondere im Inneren der Kammer. Eine besonders einfache Ausführung erreicht man dadurch, daß als federndes Element eine Tellerfeder eingesetzt wird, die als Massenartikel günstig verfügbar ist.
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Es lassen sich aber auch mehrere Tellerfedern benutzen, die ein Tellerfederpaket bzw. eine -säule bilden. Dabei können die Federn in Reihen- oder Parallelschaltung angeordnet sein. Bei einer solchen Ausgestaltung ist der Durchströmquerschnitt entweder zwischen zwei Tellerfedern oder zwischen einer Tellerfeder und dem Außengehäuse bzw. einer Tellerfeder und dem unbeweglichen Bauteil gebildet.
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Insbesondere können mehrere übereinander gereihte, sich zu einer balgartigen Struktur ergänzende Tellerfedern vorgesehen sein.
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Bei dem Gasgenerator handelt es sich vorzugsweise um einen Hybridgasgenerator, der sowohl eine Brennkammer mit pyrotechnischen Treibstoff als auch einen Behälter mit gespeicherten Kaltgas aufweist. Daneben ist jedoch auch ein rein pyrotechnischer Gasgenerator denkbar.
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Im Falle eines Hybridgasgenerators ist die Kammer insbesondere ein Kaltgasbehälter, der vor Aktivierung des Gasgenerators durch eine Membran verschlossen ist.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass das wenigstens eine federnde Element im Wesentlichen flächig ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:
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1 eine perspektivische Schnittansicht eines Diffusorabschnitts eines Gasgenerators gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung des Durchströmquerschnitts des Gasgenerators aus 1 im geöffneten und geschlossen Zustand;
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3 eine perspektivische Schnittansicht eines Diffusorabschnitts eines Gasgenerators gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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4 eine schematische Darstellung des Durchströmquerschnitts des Gasgenerators aus 3 im geöffneten und geschlossen Zustand;
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5 eine schematische Darstellung des Durchströmquerschnitts eines gegenüber 3 leicht abgewandelten Gasgenerators im geöffneten und geschlossen Zustand;
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6 eine perspektivische Schnittansicht eines Diffusorabschnitts eines erfindungsgemäßen Gasgenerators in einer gegenüber 3 leicht abgewandelten Variante;
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7 eine perspektivische Schnittansicht eines Diffusorabschnitts eines erfindungsgemäßen Gasgenerators in einer weiteren gegenüber 3 leicht abgewandelten Variante;
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8 einen Halbschnitt durch einen Gasgenerator gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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9 einen Halbschnitt durch einen Gasgenerator gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
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10 eine Längsschnittansicht durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasgenerators; und
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11 eine Längsschnittansicht durch das Ausströmende einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasgenerators.
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Die 1 und 2 zeigen ausschnittsweise einen Gasgenerator 10 für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, bei dem es sich insbesondere um einen Hybridgasgenerator handelt. Der Gasgenerator 10 weist ein starres Außengehäuse 12 auf, in dem eine hier nur angedeutete Kammer 14 in Form eines Kaltgasbehälters ausgebildet ist. Ein Teil des Außengehäuses 12 ist als Diffusorabschnitt 16 ausgestaltet, der mehrere entlang seinem Umfang verteilte Abströmöffnungen 18 aufweist. Die Kammer 14 wird durch ein Verschlußelement 20 begrenzt, bei dem es sich um ein relativ zum Außengehäuse 12 unbewegliches Bauteil handelt. Im Verschlußelement 20 ist in etwa mittig eine Ausströmöffnung 22 ausgebildet, die vor Aktivierung des Gasgenerators 10 durch eine kammerseitige Membran 24 verschlossen ist. Die Membran 24 bildet mit dem Verschlußelement 20 eine vormontierte Einheit.
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Im Inneren des Außengehäuses 12 bzw. des Diffusorabschnitts 16 ist ein flächig ausgebildetes, federndes Element 26 in Form einer Tellerfeder vorgesehen, die sich in ihrer Grundstellung mit ihrem inneren Rand 25 am Verschlußelement 20, also dem unbeweglichen Bauteil, und mit ihrem äußeren Rand 27 direkt am Außengehäuse 12, hier an der stirnseitigen Wand 28 des Diffusorabschnitts 16, abstützt. Das federnde Element 26 ist im Wesentlichen flächig ausgebildet und liegt am unbeweglichen Bauteil, hier dem Verschlußelement 20, an, wobei es die Ausströmöffnung 22 radial außerhalb umgibt. In der Grundstellung (1, 2 gestrichelte Darstellung) verschließt das federnde Elements 26 einen Strömungsweg zwischen der Kammer 14 und der Außenumgebung des Gasgenerators 10.
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Bei Aktivierung des Gasgenerators 10 wird nach Zerstörung der Membran 24 das federnde Element 26, das bezüglich des Strömungswegs des Druckgases nach der Ausströmöffnung 22 angeordnet ist, mit Druckgas beaufschlagt und verformt sich elastisch (siehe 2). Dadurch entsteht ein Durchströmquerschnitt 30 zwischen der stirnseitigen Wand 28 des Diffusorabschnitts 16 und dem federnden Element 26, dessen Größe mit steigendem Druck zunimmt. Ist der Durchströmquerschnitt 30, wie in 2 gezeigt, freigegeben, gelangt Druckgas aus dem Inneren der Kammer 14 in den Diffusorabschnitt 16 und von dort durch die im Bereich des Verschlußelements 20 angeordneten Abströmöffnungen 18 in die Außenumgebung des Gasgenerators 10, hier zu einem in den Figuren nicht gezeigten Gassack eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems.
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Die 3 und 4 zeigen einen Gasgenerator 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei gleiche oder funktionsgleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen tragen und im folgenden nur auf die Unterschiede zur bisher beschriebenen ersten Ausführungsform eingegangen wird. Auf die Darstellung der Kammer 14 und der Membran 24 wurde in 3 verzichtet. Anstelle eines einzigen sind hier zwei federnde Elemente 26, wieder in Form von Tellerfedern vorgesehen, die in Reihe geschaltet sind. Die am Verschlußelement 20 anliegende Tellerfeder stützt sich mit ihrem inneren Rand 25 am Verschlußelement 20 und mit ihrem äußeren Rand 27 am äußeren Rand 27 der zweiten Tellerfeder ab, die wiederum mit ihrem inneren Rand 25 an der stirnseitigen Wand 28 des Diffusorabschnitts 16 anliegt. Bei dieser Ausgestaltung wird der Durchströmquerschnitt 30 bei ausreichender Beaufschlagung mit Druckgas zwischen den beiden Tellerfedern, genauer deren äußeren Rändern 27 gebildet.
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5 zeigt eine gegenüber 3 abgewandelte Anordnung zweier federnder Elemente 26 in Form von Tellerfedern, die hier parallel geschaltet sind, wobei der innere Rand 25 der in der 5 rechten Tellerfeder am Verschlußelement 20 und der äußere Rand 27 der linken Tellerfeder an der stirnseitigen Wand 28 anliegt. Der Durchströmquerschnitt 30 entsteht bei dieser Variante zwischen der linken Tellerfeder und der stirnseitigen Wand 28.
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Die 6 und 7 zeigen zwei gegenüber 3 abgewandelte Varianten des Gasgenerators 10, wobei sich hier das bzw. die federnden Elemente 26, wiederum Tellerfedern in Reihenschaltung, nicht direkt am Außengehäuse 12 abstützen, sondern an einem Anschlag 32, der relativ zum Außengehäuse unbeweglich ist und bei es sich um die Begrenzung einer zweiten Brennkammer handeln kann (6). Auf die Darstellung der Abströmöffnungen 18 sowie der Kammer 14 samt Membran 24 wurde hier verzichtet.
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Natürlich können bei sämtlichen gezeigten Varianten anstelle von zwei Tellerfedern auch mehr Tellerfedern vorgesehen sein, insbesondere Tellerfederpakete aus sechs Tellerfedern haben sich als vorteilhaft erwiesen.
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Die 8 und 9 zeigen eine dritte und eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators 10, bei denen das relativ zum Außengehäuse unbewegliche Bauteil, in dem hier mehrere Ausströmöffnungen 22 ausgebildet sind, durch eine im Inneren der Kammer 14 angeordnete topfförmige Kappe 34 gebildet ist. Die Kappe 34 umgibt eine Öffnung 36 der Kammer, die im nicht aktivierten Zustand des Gasgenerators 10 durch eine Membran 24 verschlossen ist. Die Ausströmöffnungen 22 sind am Umfang der Kappe 34 angeordnet und werden in der Grundstellung durch mehrere federnde Elemente 26 verschlossen, bei denen es sich um Tellerfedern handelt, die übereinander gereiht sind und sich zu einer balgartigen Struktur ergänzen. Dabei liegen die äußeren Ränder 27 (8) bzw. die inneren Ränder 25 (9) der federnden Elemente 26 am Umfang der Kappe 34 an. In der Ausgestaltung der 8 sind die federnden Elemente 26 bezüglich des Strömungswegs des Druckgases nach den Ausströmöffnungen 22 angeordnet, jedoch vor der Membran 24. Bei der Ausgestaltung gemäß 9 sind die federnden Elemente 26 bezüglich des Strömungswegs des Druckgases vor den Ausströmöffnungen 22 angeordnet. Wird durch das Druckgas eine genügend große Kraft ausgeübt, so verformen sich die federnden Elemente 26 elastisch (siehe unterbrochene Linien) und geben einen Durchströmquerschnitt 30 frei, der jeweils zwischen den von der Kappe 34 abgewandten Rändern 25 bzw. 27 zweier federnder Elemente 26 liegt. Auf diese Weise kann Druckgas durch die Ausströmöffnungen 22 zur Membran 24 strömen, die bei entsprechend hohem Druck zerstört wird, so daß das Druckgas aus der Kammer 14 und damit dem Gasgenerator 10 ausströmen kann.
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Bei der Ausführungsform nach 10 hat der Gasgenerator eine mit Druckgas gefüllte Kammer 14, welche in Längsrichtung in zwei Einzelkammer 50, 52 unterteilt ist. Nahe der Membrane 24 gehen die Einzelkammern 50, 52 ineinander über. Beide Einzelkammern 50, 52 weisen einen pyrotechnischen Treibsatz 54, 56 auf, welcher über einen zugeordneten Zünder 58, 60 zum Abbrand gebracht werden kann.
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Außen auf das Verschlußelement 20 ist ein hülsenförmiger Diffusor 62 aufgebracht, der natürlich auch Teil des Verschlußelements 20 oder des Außengehäuses sein kann. Am Umfang des mit zahlreichen Ausströmöffnungen 22 versehenen Diffusors 62 sind Verschlußelemente 26 (hier Tellerfedern) aneinandergereiht. Im vorliegenden Fall wurde eine abwechselnd geneigte Anordnung gewählt, so daß sich eine Balgstruktur ergibt.
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Bei Zünden einer oder beider Stufen und Zerstören der Membrane 24 steht im Diffusor ein höher Druck an, der ein Verschieben der Verschlußelemente 26 herbeiführt, so daß zwischen benachbarten Verschlußelementen 26 Spalte entstehen, über die Gas entweicht. Die Spaltbreite ist abhängig vom anstehenden Druck. Die Verschlußelemente 26 sollten axial so vorgespannt sein, daß Klappergeräusche im Betrieb nicht auftreten können.
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Bei der Ausführungsform nach 11 ist die letzte Tellerfeder etwas größer ausgebildet und liegt am axialen Ende des den Diffusor 62 umgebenden Außengehäuseteils 64 an.