DE4102615A1 - Gasgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen zylinderförmigen Gasgenerator zum Aufblasen des Gassackes einer Aufprallschutzeinrichtung für einen oder mehrere In­ sassen eines Fahrzeuges, insbesondere für den oder die Beifahrer eines Kraftfahrzeuges, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein solcher Gasgenerator ist beispielsweise aus der DE-PS 38 34 892 be­ kannt. Das Gehäuse eines derartigen Gasgenerators umschließt alle für die Funktion wesentlichen Elemente, wie die Brennkammer mit dem Treib­ satz und die beiden Filterkammern mit den Filtern. Lediglich das Zünder­ gehäuse ragt teilweise aus dem Gasgeneratorgehäuse hervor. Die beiden Filterkammern sind durch quer zur Gasgeneratorlängsachse angeordnete, gelochte Wände (Düsenscheiben) gegenüber der Brennkammer abgegrenzt. Die vom Treibsatz erzeugten Gase treten zunächst axial in die Filterkammern ein, werden vor den Filterstirnseiten von Gasumlenkringen radial nach innen abgelenkt, treten axial durch diese hindurch und werden anschlie­ ßend von sog. Gasteilern auf die Filter verteilt. Diese aufwendige Strö­ mungsführung ist erforderlich, um eine annähernd gleichmäßige Filterbe­ aufschlagung und eine gewisse Schlackevorabscheidung zu erreichen. Die die Filter umfangsseitig umschließenden Gehäusewände sind mit längli­ chen, durch Stege getrennten Gasaustrittsöffnungen versehen, wodurch die strömungs- und filtertechnisch nutzbaren Flächen- bzw. Volumenanteile der Filter sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung deutlich redu­ ziert werden. Die begrenzte Filterausnutzung führt u. a. zu relativ hohen Strömungsverlusten, so daß in den Filterkammern der erwartete Druckab­ fall zur Brennkammer negativ beeinflußt wird. Insbesondere unter Berück­ sichtigung der Anforderungen des Bonfire-Testes müssen die Filterkammer­ gehäuse somit mechanisch stabil, d. h. dickwandig und schwer, ausgeführt werden. Außerdem wird mehr teueres Filtermaterial verbraucht als von der Funktion her erforderlich.

Extrem hohen Belastungen sind auch die gelochten Brennkammerstirnwände (Düsenscheiben) ausgesetzt, auf welche die heißen, verunreinigten Brenn­ gase ungekühlt und ungefiltert auftreffen. Hierdurch kann es zu Auswa­ schungen, Verformungen und Brüchen kommen.

Das Gasgeneratorgehäuse gemäß dem genannten Patent besteht aus minde­ stens vier Hauptteilen (2 Filterkammergehäuse, geteiltes Brennkammerge­ häuse), welche noch weiter untergliedert sein können. Unter Berücksich­ tigung des Zünders ergeben sich somit mindestens vier funktions- und si­ cherheitsrelevante Fügestellen (siehe z. B. Fig. 1 der DE-PS 38 34 892). Mit zunehmender Zahl der Teile und Fügestellen erhöhen sich natürlich Kosten und Aufwand bei Herstellung, Lagerhaltung, Zusammenbau und Prü­ fung. Da derartige Gasgeneratorgehäuse nur im fertig montierten Zustand geprüft werden können, z. B. auf Dichtheit, und ihre Teile in der Regel unlösbar miteinander verbunden sind, z. B. durch Schweißen, Bördeln, Rol­ len etc., sind die teueren Einbauten, insbesondere die Filter, im Aus­ schußfall meist verloren oder nur mit hohem Aufwand wieder freizulegen.

Angesichts der Nachteile der voranstehend beschriebenen Lösung besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen zylinderförmigen Gasgenerator zum Aufblasen des Gassackes einer Aufprallschutzeinrichtung zu schaffen, welcher vom Aufbau her einfacher und kostengünstiger, strömungstechnisch besser und dadurch druckverlustärmer, filtertechnisch wirkungsvoller so­ wie mechanisch und thermisch belastbarer ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Das eine räumlich zusammenhängende Druckkammer umschließende Gehäuse des Gasgenerators weist ein im Querschnitt größeres Mittelteil sowie zwei im Querschnitt kleinere Seitenteile auf. Im Mittelteil befindet sich die eigentliche Brennkammer mit dem Treibsatz, in den Seitenteilen ist je ein Grobfilter angeordnet. Die i.w. selbsttragend ausgeführten Feinfil­ ter befinden sich nunmehr außerhalb des Gehäuses und sind nur jeweils an ihren Enden geführt und abgedichtet. Somit stellt die Erfindung - zumin­ dest was die Feinfilter anbelangt - eine Lösung ohne Filtergehäuse dar.

Die gelochten Brennkammerstirnwände mit axialem Gasaustritt gemäß dem Stand der Technik sind nicht mehr vorhanden, statt dessen erfolgt der Gasaustritt zu den Feinfiltern hin radial über die Länge der Seitenteile des Gehäuses. Hierdurch werden ein günstigerer Strömungsverlauf und eine gleichmäßigere Filterbeaufschlagung erzielt. Die Grobfilter im Inneren der Seitenteile bewirken eine Kühlung der Brenngase sowie eine Partikel­ vorabscheidung, so daß der Gasaustrittsbereich thermisch und mechanisch entlastet wird, wobei insbesondere eine Auswaschung der Gasaustrittsöff­ nungen weitgehend vermieden werden kann. Das Auftreten solcher Auswa­ schungen ist bei Lösungen nach dem Stand der Technik stark außentempera­ turabhängig und führt somit zu einer Temperaturabhängigkeit des Abbrand­ verhaltens an sich. Somit reduziert die Erfindung auch die Temperaturab­ hängigkeit des Abbrandverhaltens deutlich.

Die beiden Feinfilter weisen etwa denselben Außendurchmesser auf wie das Mittelteil des Gehäuses, so daß sich - wie bei bekannten Lösungen - eine durchgehend zylindrische Außenkontur mit optimaler Ausnutzung des - in der Regel seitens der Fahrzeughersteller - vorgegebenen Raumes ergibt.

Die zur Führung und Abdichtung der Feinfilter an den Gasgeneratorenden benötigten Wandelemente sind als geometrisch einfache und preiswerte Teile ausgeführt.

Die Unteransprüche 2 bis 10 kennzeichnen bevorzugte Ausgestaltungen des Gasgenerators nach Anspruch 1.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figur noch näher erläutert. Diese zeigt in vereinfachter Darstellung

oberhalb der Gasgeneratorachse X einen Teillängsschnitt durch einen Gas­ generator mit i.w. zylindrischen Seitenteilen,
unterhalb der Gasgeneratorachse X einen Teillängsschnitt durch einen Gas­ generator mit sich zum Ende hin verjüngenden Seitenteilen.

Die folgenden Ausführungen beziehen sich zunächst auf die oberhalb der Gasgeneratorachse X dargestellte Version.

Der Gasgenerator 1 besteht aus einem i.w. rotationssymmetrischen Gehäuse 3 sowie aus innerhalb bzw. außerhalb dieses Gehäuses angeordneten Funk­ tionselementen.

Das Gehäuse 3 selbst besteht nur aus zwei Gehäuseelementen 5 und 6, wel­ che mittels einer Schweißnaht 14, vorzugsweise einer EB-Schweißnaht, gasdicht und mechanisch fest miteinander verbunden sind. Augenfälliger ist die funktionsbedingte Aufgliederung in ein Mittelteil 9 und in zwei symmetrisch dazu angeordnete, im Durchmesser kleinere Seitenteile 11. Das Mittelteil 9 umschließt die Brennkammer 18 mit dem Treibsatz 19, wo­ bei letzterer, wie dargestellt, aus einer Vielzahl einzelner Pellets be­ stehen kann. Weiterhin trägt das zylindrische Mittelteil 9 den Zünder 23, welcher bezüglich der Gasgeneratorachse X radial ausgerichtet und mittels einer Schweißnaht 13 gasdicht befestigt ist.

Die Seitenteile 11 nehmen in ihrem Inneren Grobfilter 22 auf, welche ab­ gesehen von der Filterfunktion auch eine Kühlfunktion erfüllen, indem sie den hindurchströmenden Gasen Wärme entziehen und kurzfristig spei­ chern. Die Grobfilter 22 können beispielsweise einheitlich aus hitzebe­ ständigem Schüttgut, z. B. Metallkugeln oder -spänen oder aus Maschenge­ strick bestehen, sie können aber auch aus mehreren, verschieden struk­ turierten Filterelementen (z. B. porösen Formteilen), ggf. unter Einbezug von Stützelementen, zusammengesetzt sein.

Im Bereich der stufenförmigen Gehäuseübergänge vom Mittelteil 9 zu den Seitenteilen 11 grenzen die Brennkammer 18 und die Grobfilterräume an­ einander. Dort sind jeweils ein Volumenausgleichselement 20 und ein Rückhaltesieb 21 angeordnet, welche sich über den gesamten Gehäuseinnen­ querschnitt erstrecken. Das dem Treibsatz 19 zugewandte Volumenaus­ gleichselement kann beispielsweise aus grobem, elastischem Maschenge­ strick bestehen und hat die Aufgabe, die Treibsatzpellets durch eine leichte Vorspannung stets dicht gepackt zu halten und Relativbewegungen der Tabletten durch Vibrationen zu verhindern. Zur Vermeidung unnötiger Druckverluste sollte der Strömungswiderstand des Volumenausgleichsele­ mentes 20 möglichst klein sein. Das dem Grobfilter 22 zugewandte Rück­ haltesieb 21 dient der Abstützung des Volumenausgleichselementes 20 und der Zurückhaltung größerer Treibsatzteilchen. Auch bei diesem Element ist ein geringer Strömungswiderstand anzustreben.

Für den Gasaustritt aus den Seitenteilen 11 sind radial ausgerichtete Gasaustrittsöffnungen 16 vorgesehen, welche beim Zusammenbau des Gasge­ nerators 1 mit einer von außen aufgeklebten Verdämmungsfolie 27 weitest­ gehend luft- und feuchtigkeitsdicht verschlossen werden, um den Gehäuse­ inhalt, insbesondere den Treibsatz 19, vor Witterungseinflüssen zu schützen. Die Verdämmungsfolie 27 wird erst beim Zünden des Gasgenera­ tors 1 durch den Gehäuseinnendruck örtlich zerstört. Die beispielsweise als zylindrische Bohrungen ausgeführten Gasaustrittsöffnungen 16 sind hinsichtlich ihres Strömungswiderstandes so bemessen, daß der gewünschte Druckabfall zum Feinfilter 26 hin stattfindet.

Zwischen jedem Seitenteil 11 des Gehäuses 3 und jedem Feinfilter 26 wird ein axial beidseitig geschlossener, ringförmiger Raum gebildet, welcher als Labyrinthkammer 29 bezeichnet werden soll und welcher dazu dient, durch gezielte Umlenkung/Aufteilung des Gasstromes eine Partikel-Vorab­ scheidung zu erreichen und danach eine möglichst gleichmäßige Beauf­ schlagung der inneren Oberfläche des Feinfilters 26 zu bewirken. Zu die­ sem Zweck sind in der Labyrinthkammer 29 zwei rotationssymmetrische, mit radialem Abstand ineinanderpassende Prallbleche 31, 32 mit über ihren Umfang und ihre Länge verteilten Gasdurchtrittsöffnungen 34, 35 angeord­ net. Darstellungsgemäß sind die Gasdurchtrittsöffnungen 34 gegenüber den Gasdurchtrittsöffnungen 35 und letztere gegenüber den Gasaustrittsöff­ nungen 16 jeweils axial versetzt, wobei die jeweils einander zugeordne­ ten Öffnungen in derselben Längsmittelebene liegen. Dadurch wird eine mehrfache axiale Gasumlenkung mit guter Partikelabscheidung erzielt. In praktischen Ausführungen kann es sinnvoll sein, die Öffnungen zusätzlich in Umfangsrichtung gegeneinander zu versetzen, wodurch eine räumliche, noch effektivere Strömungsführung erreicht wird. Dabei sind fast belie­ big viele Variationen hinsichtlich Anzahl, Größe, Form und Verteilung der Öffnungen möglich. Ggf. kann auch schon ein Prallblech zur Erzielung des gewünschten Effektes ausreichen.

Die Prallbleche 31 und 32 sind an ihren brennkammerabgewandten Enden mit ebenen, in der Mitte offenen Böden versehen und werden zwischen den stirnseitigen Enden der Seitenteile 11 des Gehäuses 3 und den die Fein­ filter 26 abstützenden Endplatten 24 gehalten, wobei letztere auch die axiale Gasabdichtung übernehmen. Das äußere Prallblech 31 reicht mit seinem brennkammerseitigen Ende bis an die Gehäusestufe vom Mittelteil 9 zum Seitenteil 11 heran, das innere Prallblech 32 endet in geringem axialem Abstand davor, wobei der entstehende Ringspalt ebenfalls zur Strömungsführung genutzt werden kann.

Das abschließend durchströmte Funktionselement vor dem Eintritt der Gase in einen - nicht dargestellten - Gassack ist jeweils das hohlzylindri­ sche Feinfilter 26. Der konstruktive Aufbau eines solchen Feinfilters ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und deshalb auch nicht näher zu erläutern. Es sei aber der Hinweis gegeben, daß dieses i.w. selbsttragend ausgeführt sein muß, da es nur an seinen Enden abgestützt wird.

Das brennkammerseitige Ende des Feinfilter 26 ist in einer umlaufenden Nut des Gehäuses 3 im Übergangsbereich vom Mittelteil 9 zum Seitenteil 11 geführt und abgedichtet. Das brennkammerabgewandte Ende des Feinfil­ ters 26 wird von der napfförmigen Endplatte 24 dichtend abgestützt. Die Endplatte 24 ist mittels eines Gewindebolzens 25 mit dem Seitenteil 11 verschraubt. Zu diesem Zweck ist entweder der Gewindebolzen 25 selbst mit einem als Schlüsselansatz dienenden Bund versehen, oder es wird eine separate Mutter auf den Bolzen geschraubt. Der Gewindebolzen 25 wird au­ ßerdem zur Befestigung des Gasgenerators 1 in dem - nicht dargestellten - Modulgehäuse verwendet. Selbstverständlich sind in diesem Bereich auch andere Lösungen möglich, so z. B. mit Innengewinden, mit mehreren Bolzen, Stiften, Schrauben etc. Wichtig ist nur eine einfache und sichere Mon­ tage und ggf. Demontage.

Der unterhalb der Mittellinie, d. h. der Gasgeneratorachse X, dargestell­ te Gasgenerator 2 unterscheidet sich von der voranstehend beschriebenen Version durch seine Formgebung im Bereich der Seitenteile. Sein Gehäuse 4 besteht ebenfalls nur aus zwei Gehäuseelementen 7 und 8, welche mit­ tels einer Schweißnaht 15 verbunden sind. Das Mittelteil 10 ist zylin­ drisch und im Durchmesser größer als die Seitenteile 12.

Der besseren Übersichtlichkeit wegen wurden die aus der Darstellung oberhalb der Mittellinie bekannten und eingehend beschriebenen "Innereien" des Gehäuses unterhalb der Mittellinie weggelassen.

Die Seitenteile 12 verjüngen sich vom Brennkammeraustritt bis etwa zu ihrem stirnseitigen Ende konisch, wobei auch der innere Strömungsquer­ schnitt quer zur Gasgeneratorachse X entsprechend abnimmt. Dies ermöglicht in der Regel eine bessere Anpassung an die tatsächlichen Strö­ mungsverhältnisse als die zylindrische Ausführung oberhalb der Mittelli­ nie, da infolge der axialen Verteilung der Gasaustrittsöffnungen 17 der axiale Gasvolumenstrom mit zunehmendem Abstand von der Brennkammer immer mehr abnimmt. Als positive Nebeneffekte sind auch eine bessere Ausnut­ zung des Filter- und Gehäusematerials und damit mögliche Einsparungen an diesen Materialien zu nennen. Eine kegelige Form ist auch günstig im Hinblick auf die Abdeckung mit Verdämmungsfolie 28, da der benötigte Fo­ lienzuschnitt ein ebenes Flächengebilde darstellt.

Es ist auch denkbar, die Kontur der Seitenteile teilelliptisch, parabo­ lisch, kubisch bzw. nach weiteren mathematischen Funktionen auszuführen. Dabei gestaltet sich die Abdeckung mit Verdämmungsfolie jedoch relativ schwierig und aufwendig.

In der Labyrinthkammer 30 ist - um eine Alternative zu oben aufzuzeigen - nur ein Prallblech 33 mit über seine Länge und seinen Umfang verteil­ ten Gasdurchtrittsöffnungen 36 vorgesehen. Dieses weist - ähnlich dem Seitenteil 12 - eine leicht konische Form mit ebenem, gelochtem Boden auf. Es könnte aber im Bereich des Gasdurchtrittes ebensogut zylindrisch geformt sein.

Die weiteren, außerhalb des Gehäuses 4 liegenden Funktionselemente, wie Gewindebolzen, Endplatte und Feinfilter, sind mit denjenigen oberhalb der Mittellinie baugleich, so daß sie nicht näher erläutert werden müs­ sen.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die Wanddicken in der Fi­ gur - der besseren Übersichtlichkeit wegen - bei der Mehrzahl der Bau­ teile unmaßstäblich groß dargestellt sind.

Claims (10)

1. Zylinderförmiger Gasgenerator zum Aufblasen des Gassackes einer Aufprallschutzeinrichtung für einen oder mehrere Insassen eines Fahrzeu­ ges, insbesondere für den oder die Beifahrer eines Kraftfahrzeuges, mit einer zentralen Brennkammer mit Zünder und Treibsatz sowie mit beider­ seits der Brennkammer in deren axialer Verlängerung angeordneten Filter­ einrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß er ein sich zumindest weit­ gehend über seine axiale Länge erstreckendes, i.w. rotationssymmetri­ sches, eine räumlich zusammenhängende Druckkammer umschließendes Gehäuse (3; 4) aufweist, daß das Gehäuse (3; 4) in seinem Mittelteil (9; 10) die Brennkammer (18) mit dem Treibsatz (19) und dem Zünder (23), in seinen beiden im Querschnitt kleineren Seitenteilen (11; 12) je einen Grobfil­ ter (22) aufnimmt, daß jedes Seitenteil (11; 12) mit über seinen Umfang und seine Länge verteilten Gasaustrittsöffnungen (16; 17) versehen und in radialem Abstand mit einem hohlzylindrischen Feinfilter (26) umgeben ist, daß das brennkammerseitige Ende jedes Feinfilters (26) im Bereich des Gehäuseüberganges vom Mittelteil (9; 10) zum Seitenteil (11; 12) ab­ gestützt ist, daß das brennkammerabgewandte Ende jedes Feinfilters (26) von einem i.w. rotationssymmetrischen, mit dem brennkammerabgewandten Ende des Seitenteiles (11; 12) verbundenen, gasdichten Wandelement (End­ platte 24) getragen wird, und daß der Außendurchmesser jedes Feinfilters (26) etwa dem Außendurchmesser des Mittelteiles (9; 10) des Gehäuses (3; 4) entspricht.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Übergangsbereichen von der Brennkammer (18) zu den Grobfiltern (22) jeweils zwischen dem Treibsatz (19) und dem Grobfilter (22) ein dem Treibsatz (19) zugewandtes, elastisches und gasdurchlässiges Volumenaus­ gleichselement (20) und ein dem Grobfilter (22) zugewandtes Rückhalte­ sieb (21) angeordnet sind.

3. Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenteile (11; 12) des Gehäuses (3; 4) zylindrisch oder sich zum brennkammerabgewandten Ende hin verjüngend ausgeführt sind.

4. Gasgenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen (16; 17) der Sei­ tenteile (11; 12) des Gehäuses (3; 4) als zylindrische Bohrungen ausge­ führt und bezüglich der - gedachten - Gasgeneratorachse (X) radial aus­ gerichtet sind.

5. Gasgenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen (16; 17) der Sei­ tenteile (11; 12) des Gehäuses (3; 4) - im inaktiven Zustand - mit einer von außen aufgeklebten Verdämmungsfolie (27; 28) verschlossen sind.

6. Gasgenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß in den beidseitig axial geschlossenen Räumen (Labyrinthkammer 29; 30) zwischen den Seltenteilen (11; 12) des Gehäuses (3; 4) und den Feinfiltern (26) jeweils mindestens ein i.w. rotationssymmetrisches Prallblech (31, 32; 33) angeordnet ist, welches in Rela­ tion zu den Gasaustrittsöffnungen (16; 17) der Seitenteile (11; 12) mit axial und/oder in Umfangsrichtung versetzten Öffnungen (Gasdurchtritts­ öffnungen (34, 35; 36) für den Gasdurchtritt versehen ist.

7. Gasgenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß er an beiden stirnseitigen Enden im Bereich der - gedachten - Gasgeneratorachse (X) mit je einem axial vorstehenden Außengewinde (Gewindebolzen 25) oder mit je einem Innengewinde versehen ist.

8. Gasgenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß sein Gehäuse (3; 4) i.w. aus zwei Elementen (Gehäuseelemente (5, 6; 7, 8) zusammengesetzt ist, und daß die um den Gehäuseumfang herum verlaufende Fügestelle (Schweißnaht 14; 15) axial zwischen dem Einbaubereich des Zünders (23) und einem der beiden Gehäu­ seübergänge vom Mittelteil (9; 10) zu den Seitenteilen (11; 12) liegt.

9. Gasgenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche l bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gehäuseelemente (5, 6; 7, 8) miteinander und/oder das den Zünder (23) aufnehmende Gehäuseelement (5; 7) mit dem Zünder (23) stoffschlüssig, vorzugsweise durch EB-Schweißen (Schweißnaht 13, 14; 15), oder formschlüssig, vorzugsweise durch Bördeln, Rollen oder Verschrauben, verbunden sind.

10. Gasgenerator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseelemente (5, 6; 7, 8), die die Feinfilter (26) am brennkammerabgewandten Ende tragenden Wandelemente (Endplatten 24) und ggf. die zwischen den Seitenteilen (11; 12) und den Feinfiltern (26) angeordneten Prallbleche (31, 32; 33) als durch Fließ­ pressen oder mehrstufiges Tiefziehen ausgeführt sind.