DE20013897U1 - Single and multi-stage cold gas generator especially for automotive airbag systems - Google Patents
Single and multi-stage cold gas generator especially for automotive airbag systemsInfo
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Description
Ein- und mehrstufiger Kaltgasgenerator insbesondere für A4rbag93.DOC,··. .**. Lell/9.8.2000/S.1Single and multi-stage cold gas generator especially for A4rbag93.DOC,··. .**. Lell/9.8.2000/S.1
Ein- und mehrstufiger Kaltgasgenerator insbesondere für KFZ-A irbag systeme Single and multi-stage cold gas generator especially for car airbag systems
Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Gasgenerator, insbesondere für Kfz-Airbagsysteme, bei dem in einem Gasbehälter gespeichertes und/oder darin erzeugtesThe invention relates to a multi-stage gas generator, in particular for motor vehicle airbag systems, in which gas stored in and/or generated in a gas container
f Gas aus mehreren Auslassöffnungen des Gasbehälters austreten kann und dann bei- f Gas can escape from several outlet openings of the gas container and then
spielsweise zum Befüllen eines Gassacks eines Kfz-Airbagsystems dient. Aus der DE 196 54 315 Al ist ein Hybrid-Gasgenerator zum Aufblasen von Airbags bekannt, der zwei Brennkammern aufweist, in denen jeweils eine Treibladung angeordnet ist. Die Brennkammern stehen mit einer Speicherkammer in Verbindung, welche mit einem unter einem bestimmten Druck stehenden Vorratsgas gefüllt ist. Die Speicherkammer weist eine mittels eines Schließelements verschlossene Auslassöffnung auf, wobei das Schließelement mittels eines stangenartigen Betätigungselements aufgestoßen wird, wenn die erste Treibladung aktiviert wird. Hierzu ist das stangenartige Betätigungselement mit seinem rückwärtigen Endbereich vor der Verbindungsöffhung der Brennkammer angeordnet, so daß dieser rückwärtige Bereich nach dem Aktivieren der Treibladung vom Druck des in der Brennkammer erzeugten heißen Gases beaufschlagt wird. Das Betätigungselement wird hierdurch bedrückt, so daß es mit seinem vorderen Ende das die Auslassöffnung der Speicherkammer verschließende Schließelement aufstößt. Die zweite Treibladung des Hybrid-Gasgenerators nach der DE 196 54 315 Al wird zeitlich verzögert angezündet, so daß der zeitliche Verlauf des Druckaufbaus entsprechenden Vorgaben angepasst werden kann.for example, for filling a gas bag of a motor vehicle airbag system. DE 196 54 315 A1 discloses a hybrid gas generator for inflating airbags, which has two combustion chambers, each of which contains a propellant charge. The combustion chambers are connected to a storage chamber, which is filled with a storage gas under a certain pressure. The storage chamber has an outlet opening closed by a closing element, the closing element being pushed open by a rod-like actuating element when the first propellant charge is activated. For this purpose, the rod-like actuating element is arranged with its rear end area in front of the connection opening of the combustion chamber, so that this rear area is subjected to the pressure of the hot gas generated in the combustion chamber after the propellant charge is activated. The actuating element is thereby pressed so that its front end pushes open the closing element closing the outlet opening of the storage chamber. The second propellant charge of the hybrid gas generator according to DE 196 54 315 Al is ignited with a time delay so that the temporal progression of the pressure build-up can be adapted to the corresponding specifications.
Nach der technischen Lehre dieses Standes der Technik ist es ebenfalls möglich, verschiedenartige Druckaufbaucharakteristiken durch die gezielte Verteilung der Treibladungen, durch die Steuerung der Anzündvorgänge und durch andere konstruktive Modifizierungen, wie beispielsweise die Bemessung des Querschnitts der Ausströmöffnungen der Brennkammern in den Flaschenteil bzw. den Gasbehälter zu realisieren.According to the technical teaching of this state of the art, it is also possible to realize different pressure build-up characteristics by the targeted distribution of the propellant charges, by the control of the ignition processes and by other design modifications, such as the dimensioning of the cross-section of the outflow openings of the combustion chambers in the bottle part or the gas container.
Ein- und mehrstufiger Kaltgasgenerator insbesjondete für Akfcag^pOC. · ·. , · ·,Single and multi-stage cold gas generator especially for Akfcag^pOC. · ·. , · ·,
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In einer Ausfuhrungsform des Hybrid-Gasgenerators gemäß der DE 19654315
Al ist die Verwendung von zwei unterschiedlich dimensionierten Treibladungen dargestellt, die jeweils ein Betätigungselement für das Durchstoßen einer Membran antreiben, welche jeweils eine von zwei Auslassöffnungen der Speicherkammer verschließen. Auch bei dieser Ausführungsform werden die Treibladungen zeitlich verzögert gezündet, wobei durch die jeweils zuletzt gezündete Treibladung das Gasgemisch zusätzlich aufgeheizt wird.In an embodiment of the hybrid gas generator according to DE 19654315
Al shows the use of two differently sized propellant charges, each of which drives an actuating element for piercing a membrane, which closes one of two outlet openings in the storage chamber. In this embodiment, too, the propellant charges are ignited with a time delay, with the gas mixture being additionally heated by the propellant charge ignited last.
Mit dem Hybrid-Gasgenerator gemäß der DE 196 54 315 Al lässt sich zwar ein vorgegebener zeitlicher Verlauf des Gasdrucks besser und einfacher realisieren, als dies mit einem einstufigen Gasgenerator möglich wäre. Nachteilig bei einem derartigen mehrstufigen Gasgenerator ist jedoch der hohe Entwicklungsaufwand, insbesondere Simulationsaufwand, bis der Gasgenerator einen vorgegebenen zeitlichen Druckverlauf innerhalb zulässiger Toleranzen einhält. Ein weiterer wesentlicher Nachteil sind seine hohen Fertigungskosten, die insbesondere durch die für die Ventilbetätigung erforderlichen Teile verursacht werden.With the hybrid gas generator according to DE 196 54 315 A1, a predetermined temporal progression of the gas pressure can be achieved better and more easily than would be possible with a single-stage gas generator. However, the disadvantage of such a multi-stage gas generator is the high development effort, in particular the simulation effort, until the gas generator adheres to a predetermined temporal pressure progression within permissible tolerances. Another significant disadvantage is its high manufacturing costs, which are caused in particular by the parts required for valve actuation.
Zudem verwenden alle bisher konzipierten oder gar ausgeführten Gasgeneratoren jedoch für jede Stufe mindestens einen eigenen Anzünder zur Öffnung von Ventilen, Membranen bzw. zur Erreichung einer Mehrstufigkeit. Damit wird neben den kostspieligeren Mehrstufen-Gasgeneratoren auch ein aufwendiges Sensorsystem zur Ansteuerung des Zündsystems und ein wesentlich aufwendigeres Zündsystem selbst notwendig.
25In addition, all gas generators designed or even built to date use at least one separate igniter for each stage to open valves, membranes or to achieve multi-stage operation. This means that in addition to the more expensive multi-stage gas generators, a complex sensor system is also required to control the ignition system and a much more complex ignition system itself.
25
Gefordert werden nun aber andererseits neben einer deutlichen Kostenreduzierung eine Mehrstufigkeit, die programmiert ablaufen kann, wenn der Gasgenerator nur einmal gezündet wurde: Beispielsweise die Erzeugung eines relativ kleinen Massenstromes, um den zunächst noch zusammengefalteten Sack langsam und damit schonend zu entfalten, dann aber diesen Sack dafür um so schneller in der dann noch zur Verfügung stehenden, nun etwas kürzeren Zeit, schnell aufzublasen - man möchte also die feststehende Gesamtfünktionszeit des Gasgenerators aufteilen in eine Schwachblasphase undOn the other hand, in addition to a significant reduction in costs, what is now required is a multi-stage system that can be programmed when the gas generator has only been ignited once: For example, the generation of a relatively small mass flow in order to slowly and gently unfold the initially folded bag, but then to inflate this bag all the more quickly in the time still available, which is now somewhat shorter - so you want to divide the fixed total operating time of the gas generator into a weak blowing phase and
Ein- und mehrstufiger Kaltgasgenerator insbesondere für Airbags3.DOC# · ·. . · ♦. Lell/3.8.2000//S.3Single and multi-stage cold gas generator especially for airbags3.DOC # · ·. . · ♦. Lell/3.8.2000//S.3
in eine Starkblasphase! - und das, ohne dafür ein zweites Zündsignal liefern und in Form eines teueren Anzündstücks im Gasgenerator verwirklichen zu müssen!into a strong blowing phase! - and all this without having to provide a second ignition signal and implement it in the form of an expensive ignition piece in the gas generator!
In den eigenen Anmeldungen 20013405.1 und 20013404.3 vom 3.8.2000 wurden bereits ein- und mehrstufige Gasgenerator beschrieben, die obige Anforderungen erfüllen. Hier wird die Mehrstufigkeit durch das durch das Ausströmen von Gas aus bedrückten Kammern vorherbestimmte Öffnen weiterer gasbedrückter Gasbehälterabschnitte erreicht, sowie durch die Verwendung von Membranen mit unterschiedlicher Dicke, die nach dem Aufschießen des zentralen Membranteils in Verbindung mit zuströmendem Gas ebenfalls ein vorherbestimmtes Freimachen / Zerbersten der Restmembran verursachen und damit eine Zweistufigkeit pro verwendeter bzw. eingebauter Membran ermöglichen.In our own applications 20013405.1 and 20013404.3 of August 3, 2000, single- and multi-stage gas generators that meet the above requirements were already described. Here, the multi-stage design is achieved by the predetermined opening of additional gas-pressurized gas container sections by the outflow of gas from pressurized chambers, as well as by the use of membranes of different thicknesses, which, after the central membrane part has been opened in conjunction with the inflowing gas, also cause a predetermined release/bursting of the remaining membrane, thus enabling two stages per membrane used or installed.
In beiden Anmeldungen ist überdies aufgezeigt, wie Membranen auch mit anderen Methoden als durch Aufschießen bzw. durch Überdruck oder durch Pyrotechnik zerstört werden können, um damit Gas freizusetzen. So wird gezeigt, wie eine Membran geöffnet werden kann, indem man einen Stützbalken auf der von Gas unbedrückten Seite durch einen Aktuator wegdrückt, sofern die Membran so dünn ist, daß sie ohne den Stützbalken vor ihr dem Gasdruck nicht standhalten könnte, d.h. einfach zerplatzen würde. Die Abstimmung ist schwierig, insbesondere der Nachweis der Zuverlässigkeit der Öffnung noch nach 15 Jahren Lagerung in widriger Umgebung bzw. der Nachweis der Zuverlässigkeit der Nichtauslösung während der gesamten Lagerzeit, obwohl die Membran ja bewußt extrem instabil eingesetzt bzw. ausgeführt ist. Das Hauptproblem aber besteht darin, daß Membranen im wesentlichen nur die Zustände ganz offen und ganz geschlossen kennen mit einem Übergang, der extrem schnell verläuft und nicht genau vorherbestimmbar ist (Stabilitätsproblem) und dabei zusätzlich eine vorher nicht vorherbestimmbare Anzahl von Bruchstücken der Membran und der zuhaltenden Baugruppen verursacht. Insbesondere diese Bruchstücke machen für Airbaganwendungen Probleme, die heute nur durch teuere Filtereinsätze im Gasgenerator zurückgehalten werden können.Both applications also show how membranes can be destroyed using methods other than shooting them open, using excess pressure or pyrotechnics to release gas. It shows how a membrane can be opened by pushing away a support beam on the side not pressurized by gas using an actuator, provided the membrane is so thin that it would not be able to withstand the gas pressure without the support beam in front of it, i.e. it would simply burst. The coordination is difficult, in particular proving that the opening is still reliable after 15 years of storage in an adverse environment, or proving that it is reliable that it will not trigger during the entire storage period, even though the membrane is deliberately used or designed to be extremely unstable. The main problem, however, is that membranes essentially only know the states of being fully open and fully closed, with a transition that is extremely rapid and cannot be precisely predicted (stability problem) and also causes an unpredictable number of fragments of the membrane and the components it is holding in place. These fragments in particular cause problems for airbag applications, and can currently only be retained by expensive filter inserts in the gas generator.
Ein- und mehrstufiger Kaltgasgenerator insbesondere für AirbagsSkDOC ·. · · Lell/3.8.2000//S.4Single and multi-stage cold gas generator especially for airbagsSkDOC ·. · · Lell/3.8.2000//p.4
-· * S &idigr;-&iacgr; -· * S &idigr;-&iacgr;
Ebenfalls in Anmeldungen 20013405.1 und 20013404.3 vom 3.8.2000 ist gezeigt, wie Teile von Platten dazu verwendet werden können, Mehrstufigkeit zu erreichen, wobei diese Platten jedoch ebenfalls durch den oben erwähnten Druckunterschied auf beiden Seiten der Platte, quasi membranähnlich ausbrechen und durch ihre Masse eine verzögerte Ausströmung von Gas ermöglichen.Applications 20013405.1 and 20013404.3 of 3 August 2000 also show how parts of plates can be used to achieve multi-stages, whereby these plates also break open in a membrane-like manner due to the pressure difference mentioned above on both sides of the plate and enable a delayed outflow of gas due to their mass.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Gasgenerator, insbesondere für Kfz-Airbagsysteme, zu schaffen, der einfach unter Berücksichtigung von Vorgaben für einen zeitlichen Druckverlauf zu entwickeln ist, der hinsichtlich seiner Aufblascharakteristik einfach an vorgegebene Erfordernisse anpassbar und flexibel einsetzbar ist, der dabei nur von einem Anzünder bzw. nur von einem Zündsignal angesteuert wird und der nun anstelle von Membranen nur aus Platten für das Abschließen von bedrückten Gasvolumina besteht mit der Vorgabe, daß diese Platten einfach mechanisch entsperrt werden können und hierbei keine Bruchstücke, egal von welchem Bauteil sie auch immer kommen mögen, entstehen. Gleichzeitig soll eine programmierte Mehrstufigkeit ohne weiteren Aufwand und mit nur extrem geringen Mehrkosten möglich sein! Das Funktionsprinzip muß plausibel sein und eine Rechnersimulation einfachst ermöglichen! The invention is based on the object of creating a gas generator, in particular for motor vehicle airbag systems, which is easy to develop taking into account specifications for a temporal pressure curve, which can be easily adapted to specified requirements in terms of its inflation characteristics and can be used flexibly, which is only controlled by an igniter or only by an ignition signal and which now consists only of plates for sealing off pressurized gas volumes instead of membranes, with the requirement that these plates can be easily unlocked mechanically and that no fragments are created, regardless of which component they may come from. At the same time, programmed multi-stage operation should be possible without further effort and with only extremely low additional costs! The functional principle must be plausible and enable computer simulation as easily as possible!
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sie wird in den dieser Anmeldung beigelegten Figuren näher erläutert.The invention solves this problem with the features of patent claim 1 and is explained in more detail in the figures attached to this application.
Weitere Ausfuhrungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further embodiments of the invention emerge from the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert:The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments shown in the drawing:
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Gasströme sehr einfach durch Öffnungen massenstrommäßig gesteuert werden können und diese Öffnungen durch bewegte Platten definiert - aber dennoch sehr schnell freigegeben werden können. Die Platten selbst werden so in den Gasgenerator eingebracht, daß sie durch das Ziehen eines oder mehrerer Festhaltestifte, insbesondere Scherstifte oder das VerschiebenThe invention is based on the knowledge that gas flows can be controlled very easily in terms of mass flow through openings and that these openings can be defined by moving plates - but can still be released very quickly. The plates themselves are introduced into the gas generator in such a way that they can be moved by pulling one or more retaining pins, in particular shear pins, or by moving
Ein-und mehrstufiger Kaltgasgenerator insbespnderp für Aifbags&DOC ·· »·&Agr; ' Lell/3.8.2000//S.5Single and multi-stage cold gas generator, especially for airbags&DOC ·· »· &Agr; ' Lell/3.8.2000//S.5
einer Festhaltemimik, insbesondere eines Stabes mit Kerb- oder Abreißstellen (65) oder (67) ausreißen oder frei werden, wodurch sie durch den anliegenden Gasdruck beschleunigt werden und hierbei der Reihe nach die vom Gas zu durchströmenden Öffnungen (8,5,66) Richtung Airbagsack bzw. Airbagkanne für das Gas frei machen.
5a holding mechanism, in particular a rod with notched or tear-off points (65) or (67), tear out or become free, whereby they are accelerated by the applied gas pressure and in doing so, in turn, free up the openings (8,5,66) through which the gas is to flow in the direction of the airbag sack or airbag can for the gas.
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Der mehrstufige Gasgenerator nach der Erfindung umfasst daher mindestens einen Gasbehälter, in welchem ein Vorratsgas enthalten und/oder in welchem Gas erzeugbar und/oder in welchem Gas zuführbar ist, wobei der Gasbehälter mehrere, in Ausströmrichtung parallel angebrachte Auslassöffnungen aufweist, die während der Bewegung einer Platte bzw. Plattensystems während der Funktionszeit des Gasgenerators definiert nacheinander alle freigegeben, d.h. bzgl. Gasströmung zugeschaltet werden, wobei die Auslassöffnungen hinsichtlich ihrer jeweils einzelnen Querschnitte und hinsichtlich der Gesamtquerschnittsfläche bewusst strömungsbestimmend für den Massenstrom des Gases ausgebildet sind.The multi-stage gas generator according to the invention therefore comprises at least one gas container in which a storage gas is contained and/or in which gas can be generated and/or in which gas can be supplied, wherein the gas container has several outlet openings arranged parallel in the outflow direction, which are all released in a defined sequence during the movement of a plate or plate system during the operating time of the gas generator, i.e. are switched on with regard to gas flow, wherein the outlet openings are deliberately designed to determine the flow for the mass flow of the gas with regard to their respective individual cross-sections and with regard to the total cross-sectional area.
Figur 1 zeigt das hier angemeldete Öffhungsprinzip mit Plattentechnologie gleichzeitig mit der Möglichkeit, eine programmierte Mehrstufigkeit zu erreichen:Figure 1 shows the opening principle applied for here with plate technology at the same time as the possibility of achieving a programmed multi-stage:
Das Gas 6 ist in einem Behälter 16 mit Rückwand 1 und Absperrplatte 3 eingeschlossen, es steht unter einem hohen Druck, beispielsweise 280bar oder 500 bar und übt damit Kraft auf alle es begrenzenden Flächen aus. Rückwand 1 ist gebräuchlich verschweißt mit 16, es sind aber auch tiefgezogene Behälter 16 bereits mit Endkappe in einem Stück üblich, wobei in diesem Fall die Rückwand 1 als extra Teil entfällt. Die Absperrplatte 3 ist in 16 eingesetzt und wird über einen Scherstift 18 gehalten, der entweder einseitig eingebracht ist - in diesem Fall hält die Platte 3 durch Verklemmung über seine Dicke, wobei die Klemmwirkung durch die Nut 2 bzw. die Ausdrehung 68 (Figur 17) und die hierbei hervorgerufene Anpressung des Plattenmaterials durch den sowieso vorhandenen Gasdruck wesentlich verstärkt wird - oder der noch an zweiter oder dritter Stelle eingesetzt ist (Figur 16), oder einfach durch die Platte durchgeführt (Figur 15) oder abstützend im nicht bedrückten Teil des Gasgenerators eingebracht ist (Figur 17). Im Falle des durchgeführten Stabes schert entweder eine Seite des Stabes ab, wenn die andere Seite aus der Wand des Gasbehälters 16 gezogenThe gas 6 is enclosed in a container 16 with a rear wall 1 and a shut-off plate 3. It is under high pressure, for example 280 bar or 500 bar, and thus exerts force on all the surfaces that border it. The rear wall 1 is usually welded to 16, but deep-drawn containers 16 with an end cap in one piece are also common, in which case the rear wall 1 is omitted as an extra part. The shut-off plate 3 is inserted in 16 and is held by a shear pin 18, which is either inserted on one side - in this case the plate 3 is held by clamping across its thickness, whereby the clamping effect is significantly increased by the groove 2 or the recess 68 (Figure 17) and the pressure of the plate material caused by this is increased by the gas pressure that is already present - or which is inserted in a second or third position (Figure 16), or simply passed through the plate (Figure 15) or is inserted in a supporting manner in the non-pressurized part of the gas generator (Figure 17). In the case of the rod passed through, either one side of the rod shears off when the other side is pulled out of the wall of the gas container 16.
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wird oder der Stab schert an einer oder beiden Stellen ab, sofern er ein oder zwei Schwachstellen oder Kerbstellen aufweist, die durch die Verschiebung des Stabes (Drücken oder Ziehen ist hier beides möglich) zur Auswirkung kommen (vorher wirkt sich die Scherspannung am vollen Querschnitt des Stabes aus, nach dem Verschieben befindet sich die Schwachstelle oder Kerbstelle im Spannungsfeld!).or the bar shears off at one or both points, provided it has one or two weak points or notches that come into effect when the bar is moved (pushing or pulling is both possible here) (beforehand the shear stress acts on the full cross-section of the bar, after moving the weak point or notch is in the stress field!).
Hierbei werden die Stäbe vorzugsweise durch pyrotechnisch betätigte Aktuatoren 7 gezogen oder gedrückt, je nach gewähltem Stab und dessen bzw. deren Einbringungsort. Selbstverständlich sind hierbei auch elektromagnetische und elektrodynamische Aktuatoren 7 einsetzbar.The rods are preferably pulled or pushed by pyrotechnically operated actuators 7, depending on the rod selected and its insertion location. Of course, electromagnetic and electrodynamic actuators 7 can also be used here.
Eine besonders geschickte Ausführung ist in Figur 10 gezeigt: Anstelle eines Stabes, der von einem Aktuator gezogen oder gedrückt wird, wird hier eine elektrisch isolierte Elektrode eingesetzt, die insbesondere aus Draht, Graphit, Zirkonium oder Magnesium (..oder deren Verbindungen) besteht und für die Auslösung des Gasgenerators durch Stromdurchgang einfach erhitzt bzw. gezündet (Magnesium oder Zirkonium) und damit mechanisch schwer geschwächt werden! - Der Effekt ist der gleiche wie beim Verschieben des Stabes: Die gasbedrückte Platte bricht die Elektrode bzw. deren Reste aus, sie beschleunigt sehr schnell, überfährt zunächst die Öffnungen 8 und danach 5. Je nach Querschnitt dieser Öffnungen wird zunächst ein geringer Massenstrom den Gasgenerator Richtung Airbagsack verlassen, dann kurz darauf ein weitaus höherer, abhängig von der Geschwindigkeit der Platte, dem Abstand, sowie dem Querschnitt und der Geometrie der Öffnungen 8 und 5, siehe auch Öffnung 66 von Figur 17.A particularly clever design is shown in Figure 10: Instead of a rod that is pulled or pushed by an actuator, an electrically insulated electrode is used here, which consists in particular of wire, graphite, zirconium or magnesium (..or their compounds) and is simply heated or ignited by the passage of current (magnesium or zirconium) to trigger the gas generator, thus weakening it mechanically! - The effect is the same as when the rod is moved: the gas-pressurized plate breaks off the electrode or its remains, it accelerates very quickly, first passing over openings 8 and then 5. Depending on the cross-section of these openings, initially a small mass flow will leave the gas generator in the direction of the airbag, followed shortly afterwards by a much higher flow, depending on the speed of the plate, the distance, and the cross-section and geometry of openings 8 and 5, see also opening 66 in Figure 17.
Die Absperrplatte 3 wird nach Erfüllung seiner Aufgabe vom Deckel 4 abgefangen. Er versperrt entweder den Querschnitt, sofern der in Figur 1 gezeichnete rückstoßfreie Diffusor verwendet wird, oder wird so ausgestalte, daß er den axial austretenden Gasstrom formt, entweder als Ringströmung über die Schlitze 10 (Figur 2) oder als Zentralströmung über die Ringnut 13 und das Zentralloch 15 (Figur 3).After fulfilling its task, the shut-off plate 3 is intercepted by the cover 4. It either blocks the cross-section if the recoil-free diffuser shown in Figure 1 is used, or is designed in such a way that it forms the axially exiting gas flow, either as a ring flow via the slots 10 (Figure 2) or as a central flow via the ring groove 13 and the central hole 15 (Figure 3).
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Die Absperrplatte 3 ist gleichzeitig als hermetisch dichter Abschluß des Gasbehälters 16 ausgebildet entweder durch eine innere Schweißnaht 9 (Figur 1) bzw. 12 (Figur 3) oder durch eine eingeschweißte Folie 11 (Figur 2) bzw. 20 (Figur 4).The shut-off plate 3 is simultaneously designed as a hermetically sealed closure of the gas container 16 either by an internal weld seam 9 (Figure 1) or 12 (Figure 3) or by a welded-in film 11 (Figure 2) or 20 (Figure 4).
Ab Figur 4 wird die Absperrplatte 3 zu einem Plattensystem bestehend aus dem Plattenträger 70 und dem Absperrorgan 19,27,30. Ist der Behälter 16 rohrförmig und rund, dann wird aus dem Plattenträger automatisch ein Ring. So wird in der Anordnung nach Figur 4 bis 8 nur ein Teilquerschnitt des Gasbehälters 16 freigegeben, um beispielsweise nur einen relativ kleinen maximalen Gasstrom durch die Gasaustrittsöffhungen zum Airbagsack freizugeben, eben nur den Querschnitt der Absperrplatte 19,27 oder 30.From Figure 4 onwards, the shut-off plate 3 becomes a plate system consisting of the plate carrier 70 and the shut-off device 19, 27, 30. If the container 16 is tubular and round, the plate carrier automatically becomes a ring. In the arrangement according to Figures 4 to 8, only a partial cross-section of the gas container 16 is released, for example in order to release only a relatively small maximum gas flow through the gas outlet openings to the airbag, namely only the cross-section of the shut-off plate 19, 27 or 30.
In allen Fällen wird die Abspenplatte wieder mechanisch insbesondere durch einen Scherstift oder Bolzen 21,26 oder 31 gehalten.In all cases, the locking plate is again held mechanically, in particular by a shear pin or bolt 21,26 or 31.
Wie viele derartige Stifte am Umfang des Gasbehälters 16 angebracht werden hängt vom Differenzdruck an der Platte ab und im wesentlichen von der Geometrie der Platte selbst. In der Regel wird man versuchen, nur mit einem Stift und damit auch nur mit einem Aktuator auszukommen, einfach um Fertigungskosten zu sparen! - auch wenn mehrere Stifte miteinander gekoppelt werden könnten und damit auch wieder nur ein Aktuator benötigt würden, allerdings nur auf Kosten der Zuverlässigkeit!How many such pins are attached to the circumference of the gas container 16 depends on the differential pressure on the plate and essentially on the geometry of the plate itself. As a rule, one will try to get by with just one pin and thus just one actuator, simply to save manufacturing costs! - even if several pins could be coupled together and thus only one actuator would be needed, but only at the expense of reliability!
In Figur 5 wird noch ein zusätzlicher Stift 23 eingesetzt, um neben der eigentlichen Absperrplatte 27 später auch noch den ganzen Querschnitt freizugeben. Im Unterschied zu Figur 1 würde es damit hier um eine interne Stufung handeln, die sich nur innerhalb des Plattensystems abspielte — allerdings kann diese Plattensystemstufung auch mit der Stufung durch das Nacheinanderfreigeben der Überströmöffhungen von Typ 8 und 5 kombiniert werden, was aber heute nur Sinn macht, wenn man die Öffnungen hier im Unterschied zu Figur 1 einfach teilweise zumachen wollte, um den Gasmassenstrom nach einer bestimmten Zeit definiert abzuschwächen.In Figure 5, an additional pin 23 is used to later release the entire cross-section in addition to the actual shut-off plate 27. In contrast to Figure 1, this would be an internal gradation that only takes place within the plate system - however, this plate system gradation can also be combined with the gradation by successively releasing the overflow openings of types 8 and 5, which today only makes sense if, in contrast to Figure 1, you simply want to partially close the openings here in order to weaken the gas mass flow in a defined way after a certain time.
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Abgedichtet wird der Gasraum wieder durch eine Dichtfolie 20, die radial innen mitdem Gasbehälter verbunden ist, insbesondere verschweißt ist, wohingegen die Folie 24 nur die Absperrplatte 27 gegen einen ansonsten schon eingedichteten Plattenträger 70 abdichten müßte.
5The gas space is again sealed by a sealing film 20 which is connected radially inwardly to the gas container, in particular welded, whereas the film 24 only has to seal the shut-off plate 27 against an otherwise already sealed plate carrier 70.
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In Figur 6 ist die Absperrplatte 30 pfropfenförmig ausgebildet mit radial eingebrachtem Dichtsystem. Hierbei unterstützt der auf der Platte 70 aufliegende Kragen der Absperrplatte lediglich den Scherstift bzw. Freigabestift 21,26,31.In Figure 6, the shut-off plate 30 is designed in the shape of a plug with a radially inserted sealing system. The collar of the shut-off plate resting on the plate 70 merely supports the shear pin or release pin 21, 26, 31.
Alle Dichtsysteme sind untereinander je nach spezieller Anforderung des Kunden miteinander austauschbar, ebenso alle hier aufgezeigten Möglichkeiten, die Platten auszuführen und selbst wieder abzudichten.All sealing systems are interchangeable with each other depending on the customer's specific requirements, as are all the options shown here for installing the panels and resealing them yourself.
Das oben gezeigte Prinzip der Abdichtung und Öffnung von Gasflaschen bzw. Gasbehaltern durch definiert freigebbare Plattensysteme ist theoretisch auf für die Praxis beliebig viele Stufen bzgl. aus dem Generator entnehmbarem Gasmassenstrom ausweitbar. The principle shown above of sealing and opening gas cylinders or gas containers using defined releasable plate systems can theoretically be extended to any number of stages in practice with regard to the gas mass flow that can be extracted from the generator.
In Figur 7 ist ein anderes Prinzip zur Unterstützung des Freigabestiftes gezeigt: Es handelt sich bei Teil 32 einfach um einen definiert in den Plattenträger 70 eingepreßten Stützring oder um einen kleinen Absatz, der beim Zurückziehen des Scher- bzw. Freigabestiftes durch die dann freigegebene und voll mit Gasdruck beaufschlagte Absperrplatte einfach abgeschert wird.Figure 7 shows a different principle for supporting the release pin: Part 32 is simply a support ring pressed into the plate carrier 70 in a defined manner or a small shoulder which is simply sheared off when the shear or release pin is retracted by the shut-off plate which is then released and fully pressurized with gas.
Figur 8 zeigt wieder eine andere Ausführung dieser Unterstützung für den Freigabestift: Es wurde hier einfach scherfähiges Material formschlüssig in einer Nut des Plattenträgers 70 eingelegt bzw. bei der Fertigung des Plattenträgers 70 stehen gelassen.Figure 8 shows another embodiment of this support for the release pin: Here, shearable material was simply inserted in a form-fitting manner into a groove of the plate carrier 70 or left standing during the manufacture of the plate carrier 70.
Das Öfmungsprinzip durch von Freigabestiften festgehaltene bzw. freigegebene Platten eignet sich hervorragend für Gasgeneratoren, deren Gehäuse fast vollständig oder sogar ganz in einem Fertigungsgang, insbesondere durch Spritz-, Kokillen- oder Druckguß von Kunststoffen und Aluminium, hergestellt werden.The opening principle by means of plates held or released by release pins is ideally suited for gas generators whose housings are manufactured almost entirely or even completely in one production step, in particular by injection molding, permanent molding or die casting of plastics and aluminum.
Ein- und mehrstufiger Kaltgasgenerator insbesonc^e für AifbagsÄDOC »» ·· Lell/3.8.2000//S.9Single and multi-stage cold gas generator especially for airbagsÄDOC »» ·· Lell/3.8.2000//S.9
Figur 9 zeigt eine derartige Ausführung: Der Gasbehälter 39 mit einem Boden 40, der auch aus Festigkeitsgründen wieder halbrund ausgeführt sein kann, umschließt mit der Absperrplatte 35 das darin eingeschlossene Gas 38. Die Absperrplatte ist am Umfang so geschwächt (37), daß die Platte ohne dem eingefahrenen Freigabestift (Freigabestiften) 71 als Folge des auf ihr lastenden Gasdrucks ausbrechen würde. Alle Teile sind in einem gespritzt, wobei die Rückwand 40 in einigen Fällen auch nachträglich eingesetzt werden kann. Selbst der Deckel 4 kann zusammen mit dem Gasbehälter 39, dem Boden 40 und der Absperrplatte 35 in einem Stück hergestellt werden!Figure 9 shows such a design: The gas container 39 with a base 40, which can also be semi-circular for reasons of strength, encloses the gas 38 enclosed therein with the shut-off plate 35. The shut-off plate is so weakened on the circumference (37) that the plate would break off as a result of the gas pressure acting on it without the retracted release pin(s) 71. All parts are injection-molded in one piece, and the rear wall 40 can also be inserted later in some cases. Even the lid 4 can be manufactured in one piece together with the gas container 39, the base 40 and the shut-off plate 35!
Auch hier wird die Platte 35 nach Herausziehen des Stiftes 71 ausbrechen und die hier in Form von Langlöchern gezeichneten Auslaßöffhungen zum Airbagsack mehr und mehr freigeben. Je nach Plattengeschwindigkeit und Ausgestaltung der Löcher 72 kann daher der Massenstrom degressiv, linear &ogr; gar progressiv eingestellt werden — eine Möglichkeit, die man bei Verwendung von Membranen an Stelle der Abspenplatten nicht im Ansatz nutzen kann!!Here too, the plate 35 will break off after the pin 71 is pulled out and the outlet openings to the airbag, shown here in the form of elongated holes, will be increasingly exposed. Depending on the plate speed and the design of the holes 72, the mass flow can therefore be set degressively, linearly or even progressively - a possibility that cannot be used at all when using membranes instead of the isolation plates!!
Figur 12 und 13 zeigen Abarten eines „alle Teile in einem gefertigt"-Gasgenerators: Im Gasgenerator 39 ist eine Kartusche 41 enthalten, die das eigentliche Gas hermetisch dicht umschließt. Hierbei ist es zunächst unerheblich, wie das Gas 38 eingefüllt wird: Ob es sich um flüssiges oder festes Gas handelt, das schon in der Kartusche sich befindlich bei entsprechend niedrigen Temperaturen in das Gehäuse / Gasbehälter 39 eingeschoben wird, oder erst über einen irgendwo durch 39 oder 42 hindurchragenden Nippel eingefüllt und dieser danach wieder geeignet verschlossen wird - es ändert an dem hier vorgeschlagenen einfachen Prinzip - Öffnung des Gasbehälters durch Freigabe einer Abspenplatte 35 nichts, es läßt im Gegenteil nur dessen Vorteile voll zur Geltung bringen.Figures 12 and 13 show variations of a "all parts manufactured in one" gas generator: The gas generator 39 contains a cartridge 41 which hermetically seals the actual gas. It is initially irrelevant how the gas 38 is filled in: whether it is liquid or solid gas which is already in the cartridge and is pushed into the housing / gas container 39 at correspondingly low temperatures, or whether it is first filled in via a nipple protruding somewhere through 39 or 42 and then suitably closed again - this does not change the simple principle proposed here - opening the gas container by releasing a shut-off plate 35, on the contrary, it only allows its advantages to be fully exploited.
Figur 13 zeigt das gleiche Prinzip, nur ist hier die Absperrplatte 35 nur in einer relativ kleinen Umgebung geschwächt (37), während in Figur 12 die Absperrplatte 35 ringsum geschwächt ist (73).Figure 13 shows the same principle, except that here the shut-off plate 35 is weakened only in a relatively small area (37), while in Figure 12 the shut-off plate 35 is weakened all around (73).
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In Figur 15 reichte der Freigabestift 65 durch die gesamte Platte, diese wird also an zwei Stellen gehalten. Die Freigabe erfolgt entweder bei Ansteuerung des Aktuators 7 durch Anziehen des Stiftes, bis das Stiftende aus dem Gehäuse des Gasbehälters gezogen ist und der andere Teil des Stiftes, der ja noch im Gehäuse steckt, durch den auf der Platte lastenden Gasdruck bzw. die daraus wirkende Kraft abgeschert wird - oder der Stab besitzt an beiden Seiten Kerb- oder Flachstellen, die beim Verschieben des Stabes durch Ziehen oder Drücken dann in den Spaltbereich kommen und damit wirksam werden: Das Restmaterial des Freigabestiftes wird demnach dort, also am Stiftanfang und am Stiftende einfach abgeschert. Mit 63 wird hier gleichzeitig gezeigt, wie all die vorher schon gezeigten Absperrplatten alternativ und mit Vorteil eingeschweißt bzw. festgehalten werden können: Einfach durch die Wand durchgeschweißt oder durch das Zuschweißen einer hier vorher angebrachten I oder V-Kerbe im Gehäuse des Gasbehälters 16! Je nach Schweißstärke wird die Absperrplatte nur gepreßt oder mehr oder wenig innig mit dem Gehäuse verschweißt.In Figure 15, the release pin 65 extends through the entire plate, so it is held in place at two points. The release occurs either when the actuator 7 is activated by pulling the pin until the end of the pin is pulled out of the housing of the gas container and the other part of the pin, which is still in the housing, is sheared off by the gas pressure on the plate or the force acting as a result - or the rod has notches or flat spots on both sides which come into the gap area when the rod is moved by pulling or pushing and thus become effective: The remaining material of the release pin is therefore simply sheared off there, i.e. at the beginning and end of the pin. 63 also shows how all of the previously shown shut-off plates can be alternatively and advantageously welded in or held in place: Simply welded through the wall or by welding shut an I or V notch previously made in the housing of the gas container 16! Depending on the welding strength, the shut-off plate is only pressed or welded more or less tightly to the housing.
Figur 16 zeigt die Verwendung von zwei Freigabestiften bzw. Aktuatoren 7 anstelle des durchgehenden Freigabestifts 65 aus Figur 15.Figure 16 shows the use of two release pins or actuators 7 instead of the continuous release pin 65 from Figure 15.
In Figur 17 wurde die radiale Schweißnaht 63 durch eine Rollnaht 64 ersetzt - auch hier kann je nach Rolltiefe die Absperrplatte nur verspannt oder mehr oder weniger gut formschlüssig mit dem Gasbehälter 16 verbunden werden. Die Rolltiefe kann auch so gewählt werden, daß sich der Rand 2 der Absperrplatte 3 nach Betätigen des Aktuators 7 durch die auf der Absperrplatte 3 wirkenden Kraft nach innen biegt und sich damit die Platte quasi aus der Verschnappung löst. Allerdings muß in diesem Fall wieder eine innen mit der Wandung des Gasbehälters 16 verbundene Folie 74 ähnlich 11 oder 20 für das hermetische Abdichten eingebracht werden. In Figur 17 wird gleichzeitig der Fall einer abgestützten Abspenplatte gezeigt - anders als bei Figur 15 wird hier der Freigabestift direkt an der Rückseite der Platte geführt, während bei Figur 15 der Freigabestift direkt durch die Platte geführt wurde. Der Vorteil liegt auf der Hand: Man vermeidet die Querbohrung der Absperrplatte mit der entsprechenden Einpaßarbeit und man erkennt von außen, ob der Freigabestift eingebaut ist oder nicht (QS ist erleichtert).In Figure 17, the radial weld seam 63 has been replaced by a roll seam 64 - here too, depending on the rolling depth, the shut-off plate can only be braced or more or less well connected to the gas container 16 with a form-fitting connection. The rolling depth can also be selected such that the edge 2 of the shut-off plate 3 bends inwards after the actuator 7 is actuated by the force acting on the shut-off plate 3, thus effectively releasing the plate from the snap connection. However, in this case a film 74 similar to 11 or 20 must be inserted for hermetic sealing, which is connected to the inside of the wall of the gas container 16. Figure 17 also shows the case of a supported shut-off plate - unlike Figure 15, here the release pin is guided directly on the back of the plate, whereas in Figure 15 the release pin was guided directly through the plate. The advantage is obvious: You avoid the cross-drilling of the shut-off plate with the corresponding fitting work and you can see from the outside whether the release pin is installed or not (QS is made easier).
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Als Einstellgrößen fur den aus dem Generator austretenden Massenstrom gibt es damit bei der erfindungsgemäßen parallelen Anordnung der von der Absperrplatte 3 freigegebenen Ausströmöffnungen in den Airbagsack folgende Parameter bzw. Einflußgrößen: The following parameters or influencing factors are therefore available as setting variables for the mass flow exiting the generator in the parallel arrangement according to the invention of the outflow openings in the airbag bag released by the shut-off plate 3:
1. Das Volumen des bedrückten und von der Platte abgeschlossen Flaschenteiles1. The volume of the compressed part of the bottle closed off from the plate
2. Die Gasart im Volumen -möglich sind Helium, Argon, Stickstoff, Luft, Gemische daraus, Flüssiggas um beispielsweise den Kammerdruck möglichst lange durch den Phasenübergang flüssig-gasförmig stabil zu halten, das Expandieren nach dem Aufblasen des Sackes durch die Phasenumwandlung im Sack selbst noch zu ermöglichen oder zusätzlich Energie zu erzeugen durch das Entflammen des Gasgemisches, sofern das Flüssiggas entzündlich bzw. brennbar ist, es kann Gas in fester Form, beispielsweise Trockeneis eingebracht werden, weiter Gase mit gespeicherter innerer Energie wie Butan, Propan, Wasserstoff, Acetylen. In Sonderfällen wird man auch Trockeneis einfüllen bzw. Kohlendioxid oder gar Lachgas verwenden. Auch kann im Gasvolumen das Gas erst erzeugt werden, insbesondere durch eine Verbrennung.2. The type of gas in the volume - possible are helium, argon, nitrogen, air, mixtures thereof, liquid gas, for example to keep the chamber pressure stable for as long as possible through the liquid-gas phase transition, to enable expansion after the bag has been inflated through the phase change in the bag itself or to generate additional energy by igniting the gas mixture, provided the liquid gas is flammable or combustible, gas in solid form, for example dry ice, can be introduced, as well as gases with stored internal energy such as butane, propane, hydrogen, acetylene. In special cases, dry ice is also added or carbon dioxide or even laughing gas is used. The gas can also be generated in the gas volume, particularly through combustion.
3. Der jeweilige Gasdruck3. The respective gas pressure
4. Das Material der Abspenplatte4. The material of the soffit plate
5. Die Dicke der Absperrplatte5. The thickness of the barrier plate
6. Die Geometrie der Platte6. The geometry of the plate
7. Die Unterstützung der Stabilisierung der Platte durch Kippen im Gasbehälter durch Anpressung des Plattenrands durch den Gasinnendruck durch selbstlidernde Maßnahmen (2).7. Supporting the stabilization of the plate by tilting in the gas container by pressing the plate edge by the internal gas pressure through self-sliding measures (2).
8. Die Querschnittsfläche der von der Platte verschlossenen Auslaßöffnungen8. The cross-sectional area of the outlet openings closed by the plate
9. Die Zahl und die Art der Aufteilung der Auslaßöffhungen über den entsprechenden Abschnitt des Gasbehälters 169. The number and type of distribution of the outlet openings over the corresponding section of the gas container 16
10. Die Ausgestaltung der Dicht- oder Schweißnähte der Absperrplatten10. The design of the sealing or welding seams of the shut-off plates
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11. Die Ausbildung des Dichtsystems bzw. des Spalts zwischen der abdichtenden bzw. absperrenden Platte und der Wandung des Gasbehälters - beispielsweise kann eine geringe Leckage von einer bedrückten Kammer in die vorherige erwünscht sein, um massenstrommäßig einen Übergang von einer Stufe zur nächsten zu verwirklichen!11. The design of the sealing system or the gap between the sealing or blocking plate and the wall of the gas container - for example, a small leakage from one pressurized chamber into the previous one may be desired in order to achieve a transition from one stage to the next in terms of mass flow!
Die Wirkung aller oben aufgelisteten Einfiißgrößen wird in einer Rechnersimulation zunächst grob erfasst und danach in einigen wenigen Versuchen nachgewiesen bzw. optimiert!The effect of all the influencing factors listed above is first roughly recorded in a computer simulation and then demonstrated or optimized in a few tests!
Die eingezeichneten Absperrplatten und Abdichtmaßnahmen sind hier nur beispielhaft eingetragen: Die Absperrplatten können genauso einstückig teilweise oder im ganzen mit dem Rohr der Gasbehälter verbunden sein, jeder Typ von Absperrplatte kann prinzipiell auch mit jedem anderen Typ von Abdichtsystem verbunden werden.The shut-off plates and sealing measures shown here are only examples: The shut-off plates can also be connected in one piece, partially or completely, to the pipe of the gas tank; in principle, every type of shut-off plate can also be connected to any other type of sealing system.
Claims (40)
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Publications (1)
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