DE29910708U1 - Gas generator - Google Patents
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18. Juni 199918 June 1999
TRW Airbag Systems GmbH & Co. KG
Wernher-von-Braun-Straße 1
D-84544 Aschau am InnTRW Airbag Systems GmbH & Co. KG
Wernher-von-Braun-Strasse 1
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GasgeneratorGas generator
Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator mit einem Gehäuse und wenigstens einer mit Treibstoff gefüllten Brennkammer.The invention relates to a gas generator with a housing and at least one combustion chamber filled with fuel.
Gasgeneratoren, die nur mit pyrotechnischem Festtreibstoff arbeiten, erzeugen extrem heißes Gas. Es wird angestrebt, daß Gasgeneratoren Gase mit niedriger Temperatur erzeugen, um die thermische Belastung des Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems, das strömungsmäßig nach dem Gasgenerator angeordnet ist, zu reduzieren. Aus diesem Grund sind sogenannte Hybrid-Gasgeneratoren entwickelt worden, bei denen neben Festtreibstoff auch eine mit Druckgas gefüllte separate Kammer vorhanden ist. Das heiße Gas und das Druckgas vermischen sich beim Aktivieren des Gasgenerators, so daß das Heißgas abgekühlt wird. Derartige Hybrid-Gasgeneratoren benötigen jedoch einen sehr großen Bauraum.Gas generators that only work with pyrotechnic solid propellants produce extremely hot gas. The aim is for gas generators to produce gases at a low temperature in order to reduce the thermal load on the vehicle occupant restraint system, which is arranged downstream of the gas generator. For this reason, so-called hybrid gas generators have been developed, which, in addition to solid propellant, also have a separate chamber filled with compressed gas. The hot gas and the compressed gas mix when the gas generator is activated, so that the hot gas is cooled. However, such hybrid gas generators require a very large installation space.
Die Erfindung schafft einen kleinbauenden Gasgenerator, der bei gleichem Bauvolumen eine höhere Leistung erbringt als ein entsprechender rein pyrotechnischer Gasgenerator. Dies wird bei dem Gasgenerator der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß in der Brennkammer oder den Brennkammern Druckgas gespeichert wird und die Brennkammer als im nicht aktivierten Zustand des Gasgenerators nach außenThe invention creates a small-sized gas generator that, with the same volume, delivers a higher output than a corresponding purely pyrotechnic gas generator. This is achieved in the gas generator of the type mentioned at the beginning by storing compressed gas in the combustion chamber or combustion chambers and the combustion chamber being vented to the outside when the gas generator is not activated.
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hermetisch abgeschlossene Druckkammer hin ausgebildet ist. Bei der Erfindung wird somit die Brennkammer eines eigentlich nur mit Festtreibstoff arbeitenden Gasgenerators zur Unterbringung von zusätzlichem Druckgas verwendet. Zwischen den üblicherweise in Tablettenform oder anderen gepreßten Formen (z.B. extrudierte Formkörper) vorliegenden Treibstoffeinheiten ist nämlich noch genügend Leerraum vorhanden, um diesen mit Druckgas füllen zu können. Diese Leerräume summieren sich insgesamt zu einem so hohen, ungenutzten Volumen, daß das zusätzlich eingebrachte Druckgas tatsächlich zu einer Leistungssteigerung um mehr als 10 % bei gleichem Bauraum und gleichem Gewicht führen kann. Zusätzlich kann das Druckgas die Temperatur des ausströmenden Gasgemisches reduzieren und ggf. sogar zu einer Nachverbrennung führen. Es lassen sich durch eine geeignete Abstimmung von Festtreibstoff und Druckgas sehr niedrige Schadstoffemissionen erzielen, die weit niedriger als die der rein py ro technischen Systeme sind.hermetically sealed pressure chamber. In the invention, the combustion chamber of a gas generator that actually only works with solid fuel is used to accommodate additional compressed gas. There is still enough empty space between the fuel units, which are usually in tablet form or other pressed forms (e.g. extruded molded bodies), to be able to fill them with compressed gas. These empty spaces add up to such a large, unused volume that the additional compressed gas introduced can actually lead to an increase in performance of more than 10% with the same installation space and the same weight. In addition, the compressed gas can reduce the temperature of the escaping gas mixture and possibly even lead to afterburning. By suitably matching the solid fuel and compressed gas, very low pollutant emissions can be achieved, which are far lower than those of purely pyrotechnic systems.
Es gibt zwar schon Hybrid-Gasgeneratoren, bei denen die Brennkammer in einer die Brennkammer umgebenden Druckkammer angeordnet und die Brennkammer zur Druckkammer offen und auch Druckgas in der Brennkammer vorhanden ist. Bei diesen Systemen ist die Brennkammer aber nur deshalb zur Druckkammer hin offen, damit der Druckwelle und dem Druckgas, die beim Zünden des Festtreibstoffs erzeugt werden, kein Widerstand beim Überströmen in die Druckkammer entgegengebracht werden.There are already hybrid gas generators in which the combustion chamber is arranged in a pressure chamber surrounding the combustion chamber and the combustion chamber is open to the pressure chamber and there is also compressed gas in the combustion chamber. In these systems, however, the combustion chamber is only open to the pressure chamber so that the pressure wave and compressed gas generated when the solid propellant is ignited do not encounter any resistance when flowing into the pressure chamber.
Dieser Widerstand wäre nämlich dann vorhanden, wenn die Brennkammer mit einer Berstmembrane gegenüber der Druckkammer geschlossen wäre, wie es im übrigen auch im Stand der Technik schon vorgeschlagen worden ist.This resistance would be present if the combustion chamber were closed off from the pressure chamber by a bursting membrane, as has already been proposed in the prior art.
Beim erfindungsgemäßen Gasgenerator, der ein- oder mehrstufig ausgebildet ist, ist jedoch um die Brennkammer herum keine Gas enthaltende Druckkammer vorhanden. Der Festtreibstoff erzeugt beim erfindungsgemäßen Gasgenerator mehr Mole Gas als Mole Druckgas in ihm gespeichert sind.However, in the gas generator according to the invention, which is designed in one or more stages, there is no pressure chamber containing gas around the combustion chamber. In the gas generator according to the invention, the solid propellant produces more moles of gas than the moles of compressed gas stored in it.
Vorzugsweise ist das Druckgas eine Sauerstoff enthaltende Gasmischung. Der Sauerstoff eröffnet die Möglichkeit einer nachgeschalteten Verbrennung.Preferably, the compressed gas is a gas mixture containing oxygen. The oxygen opens up the possibility of downstream combustion.
-3--3-
Ist zusätzlich der Festtreibstoff im Gasgenerator bezüglich Sauerstoff
unterbilanziert, so kann der Sauerstoff eine Oxidation des entstehenden CO und H2 zu CO2 bzw. Wasser bei gleichzeitig sehr niedrigen
NOx-Werten ermöglichen.
5If the solid fuel in the gas generator is also underbalanced with regard to oxygen, the oxygen can enable an oxidation of the resulting CO and H2 to CO2 or water while at the same time achieving very low NO x values.
5
Das Druckgas ist mit einem Druck von mehr als 10 bar, sogar vonThe compressed gas is at a pressure of more than 10 bar, even
etwa 200 bar in der Brennkammer gespeichert, also einem Druck, der unter dem für Hybrid-Gasgeneratoren üblichen Druck von 240 bar liegt.about 200 bar is stored in the combustion chamber, i.e. a pressure that is below the usual pressure of 240 bar for hybrid gas generators.
Damit sind die Festigkeitsanforderungen an die als Druckkammerwand ausgebildete Brennkammerwand niedriger als bei Hybrid-Gasgeneratoren.This means that the strength requirements for the combustion chamber wall, which is designed as a pressure chamber wall, are lower than for hybrid gas generators.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf
die Bezug genommen wird. In den Figuren zeigen:
15Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description and from the following drawings, to which reference is made. In the figures:
15
- Figur 1 einen Querschnitt durch einen schematisch dargestellten Fahrer-Gasgenerator nach der Erfindung;- Figure 1 shows a cross-section through a schematically illustrated driver gas generator according to the invention;
- Figur 2 einen Querschnitt durch einen schematisch dargestellten Beifahrer-Gasgenerator nach der Erfindung;- Figure 2 shows a cross-section through a schematically illustrated passenger gas generator according to the invention;
- Figur 3 einen Querschnitt durch einen schematisch dargestellten Seiten-Gasgenerator nach der Erfindung; und- Figure 3 shows a cross-section through a schematically illustrated side gas generator according to the invention; and
- Figur 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators, der zweistufig ausgeführt ist.- Figure 4 shows a cross section through a further embodiment of the inventive gas generator, which is designed in two stages.
In Figur 1 ist ein Fahrer-Gasgenerator dargestellt, der ein Außengehäuse 3 aufweist, das gas- und druckdicht ist. Im Gehäuse 3 ist eine Zündereinrichtung 5 untergebracht. Bis auf die Zündereinrichtung 5 bildet der gesamte Innenraum des Gehäuses 3 eine Brennkammer 7, die mit tablettenförmigem Festtreibstoff 9 gefüllt ist. An der der Zündereinrichtung 5 gegenüberliegenden Seite sind ein Sieb 11 und stromabwärts davon eine Berstmembrane 13 angeordnet. Mit 15 ist ein Diffusor bezeichnet.Figure 1 shows a driver gas generator that has an outer housing 3 that is gas- and pressure-tight. An igniter device 5 is housed in the housing 3. Except for the igniter device 5, the entire interior of the housing 3 forms a combustion chamber 7 that is filled with tablet-shaped solid propellant 9. A sieve 11 and a bursting membrane 13 are arranged on the side opposite the igniter device 5. A diffuser is designated by 15.
-4--4-
In der Brennkammer 7 ist Sauerstoff enthaltendes Druckgas mit einem Druck von etwa 200 bar untergebracht. Als Festtreibstoff wird ein Treibstoff auf Basis von 5-Aminotetrazol/KNO3 verwendet. Bei einem Brennkammervolumen von 45 cm3, einer Treibstoffmasse von 55 g, einer Packungsdichte für den Treibstoff von 0,6 g/cm^ lassen sich in den in Figur 1 gezeigten Fahrer-Gasgenerator bei einem Druck von 200 bar 0,18 mol Druckgas unterbringen. Die Gesamtmole des Treibstoffs samt des Druckgases lassen sich von 0,90 auf 1,07 durch Einbringen des Druckgases gegenüber einem identisch ausgebildeten Gasgenerator ohne Druckgas steigern. Dadurch ergibt sich eine Steigerung der Gasausbeute um knapp 20 % gegenüber einem entsprechenden, rein pyrotechnischen Gasgenerator.The combustion chamber 7 contains compressed gas containing oxygen at a pressure of about 200 bar. A fuel based on 5-aminotetrazole/KNO3 is used as solid fuel. With a combustion chamber volume of 45 cm3, a fuel mass of 55 g, and a fuel packing density of 0.6 g/cm^, 0.18 mol of compressed gas can be accommodated in the driver gas generator shown in Figure 1 at a pressure of 200 bar. The total moles of fuel including the compressed gas can be increased from 0.90 to 1.07 by introducing the compressed gas compared to an identically designed gas generator without compressed gas. This results in an increase in the gas yield of almost 20 % compared to a corresponding, purely pyrotechnic gas generator.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Gasgenerators wird im folgenden erläutert. Nach dem Aktivieren der Zündereinheit 5 wird auchThe functioning of the gas generator according to the invention is explained below. After activation of the igniter unit 5,
der Festtreibstoff 9 gezündet und erzeugt heißes Gas, darunter auch CO
und H2- Dieses Gas kann mit dem in dem Druckgas enthaltenen Sauerstoff
zu CO2 und Wasser oxidieren. Da die Menge des Festtreibstoffes unterbilanziert ist, ergeben sich niedrige &Ngr;&Ogr;&khgr;-Werte.
20the solid propellant 9 is ignited and produces hot gas, including CO and H2. This gas can oxidize with the oxygen contained in the compressed gas to form CO2 and water. Since the amount of solid propellant is under-balanced, low �Ngr;�Ogr;θ values result.
20
Nach dem Abbrennen eines Teils des Treibstoffs wird der Druck in der Brennkammer 7 so hoch, daß die Berstmembrane 13 bricht und das entstehende Gasgemisch über die dann freigelegte Öffnung in den Diffusor 15 und von dort in ein Gassack-Rückhaltesystem gelangt. Das Sieb 11 verhindert ein Ausströmen von heißen Partikeln, die beim Abbrand des Treibstoffs entstehen.After part of the fuel has burned off, the pressure in the combustion chamber 7 becomes so high that the bursting membrane 13 breaks and the resulting gas mixture passes through the opening that is then exposed into the diffuser 15 and from there into a gas bag retention system. The sieve 11 prevents hot particles that are created when the fuel burns off from escaping.
Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform entspricht in ihrerThe embodiment shown in Figure 2 corresponds in its
Funktion der in Figur 1 dargestellten. Das Gehäuse 3 ist jedoch hier als rohrförmiges Gehäuse 3' ausgebildet. Im übrigen tragen die bereits im Zusammenhang mit Figur 1 erläuterten Teile die bereits eingeführten Bezugszahlen.Function of that shown in Figure 1. However, the housing 3 is here designed as a tubular housing 3'. Otherwise, the parts already explained in connection with Figure 1 bear the reference numbers already introduced.
Der in Figur 3 dargestellte Seiten-Gasgenerator unterscheidet sich von dem in Figur 2 dadurch, daß er ein geringeres Volumen einnimmt und sein Gehäuse 3" langgestreckter ausgebildet ist. Auch bei den in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen ist die BrennkammerThe side gas generator shown in Figure 3 differs from that in Figure 2 in that it has a smaller volume and its housing 3" is more elongated. In the embodiments shown in Figures 2 and 3, the combustion chamber is also
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gleichzeitig Druckkammer und beinhaltet das gesamte, im Gasgenerator untergebrachte Druckgas.at the same time a pressure chamber and contains all the compressed gas stored in the gas generator.
Der in Figur 4 dargestellte Gasgenerator entspricht von seinem Aufbau im wesentlichen dem in Figur 1 gezeigten, er ist jedoch als Zweistufengasgenerator ausgebildet. Hierzu trennt eine innere Wand 103 die Brennkammer nach Figur 1 in zwei Brennkammern 7' und 7", die jeweils hermetisch abgedichtet sind und keine Strömungsverbindung zueinander besitzen. Auch die beiden Kammern 7' und 7" sind entsprechend mit Druckgas befüllt. Jede Stufe hat ihren eigenen Zünder 5 sowie ihren eigenen Auslaß mit dem Filter 11, der Berstmembrane 13 und dem Diffusor 15. Die beiden Stufen können voneinander unabhängig gezündet werden. Der Druck des Gases im Inneren der Brennkammern 7' und 7" kann gleich oder unterschiedlich sein, er beträgt jedoch mindestens 10 bar.The gas generator shown in Figure 4 is essentially the same in terms of its structure as that shown in Figure 1, but it is designed as a two-stage gas generator. For this purpose, an inner wall 103 separates the combustion chamber according to Figure 1 into two combustion chambers 7' and 7", which are each hermetically sealed and have no flow connection to one another. The two chambers 7' and 7" are also filled with compressed gas. Each stage has its own igniter 5 and its own outlet with the filter 11, the bursting membrane 13 and the diffuser 15. The two stages can be ignited independently of one another. The pressure of the gas inside the combustion chambers 7' and 7" can be the same or different, but is at least 10 bar.
Auch bei dieser Ausführungsform ist für jede Stufe die Menge desIn this embodiment, the amount of
Festtreibstoffs 9 auf die Menge des in der entsprechenden Brennkammer 7', 7" enthaltenen Druckgases abgestimmt, und die Menge der erzeugten Mole Gas aus dem Festtreibstoff ist größer als die Mole Druckgas in der entsprechenden Brennkammer 71, 7".Solid propellant 9 is matched to the amount of compressed gas contained in the corresponding combustion chamber 7', 7", and the amount of moles of gas produced from the solid propellant is greater than the moles of compressed gas in the corresponding combustion chamber 7 ' , 7".
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19990923 |
|
| R163 | Identified publications notified |
Effective date: 20000327 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20020716 |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20050607 |
|
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20070525 |
|
| R071 | Expiry of right |