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Dokumentenidentifikation DE69834577T2 18.01.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001042143
Titel LUFTSACKAUFBLASVORRICHTUNG
Anmelder Autoliv ASP, Inc., Ogden, Utah, US
Erfinder MOORE, A., Walter, Ogden, UT 84403, US;
RINK, K., Karl, Liberty, UT 84310, US
Vertreter Dr. Weber, Dipl.-Phys. Seiffert, Dr. Lieke, 65183 Wiesbaden
DE-Aktenzeichen 69834577
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 02.12.1998
EP-Aktenzeichen 989606819
WO-Anmeldetag 02.12.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/US98/25639
WO-Veröffentlichungsnummer 1999032334
WO-Veröffentlichungsdatum 01.07.1999
EP-Offenlegungsdatum 11.10.2000
EP date of grant 17.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.01.2007
IPC-Hauptklasse B60R 21/26(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft allgemein aufblasbare Rückhaltesysteme und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufblasen einer aufblasbaren Vorrichtung, wie z. B. ein Rückhalteluftkissen für den Insassen eines Fahrzeuges, wobei diese Luftkissen gewöhnlich bei diesen Systemen verwendet werden.

Es ist bekannt, einen Fahrzeuginsassen zu schützen, der ein Kissen oder einen Sack, d.h. einen Luftsack bzw. Airbag, verwendet, der mit Gas aufgeblasen oder expandiert wird, wenn das Fahrzeug eine plötzliche negative Beschleunigung erfährt, wie z. B. bei einer Kollision. Bei solchen Systemen ist das Luftsackkissen normalerweise in einem nicht aufgeblasenen und gefalteten Zustand eingeschlossen, um die Raumerfordernisse zu minimieren. Nach der Betätigung des Systems beginnt das System, in einer Zeit von nicht mehr als wenigen Millisekunden mit Gas aufgeblasen zu werden, welches von einer Vorrichtung erzeugt oder geliefert wird, die gewöhnlich als Aufblasvorrichtung oder Gasgenerator bezeichnet wird.

Viele Arten von Gasgeneratorvorrichtungen wurden in der Technik zum Aufblasen eines aufblasbaren Luftsackkissens in Rückhaltesystemen beschrieben. Bekannte Gasgeneratorvorrichtungen weisen gespeichertes Druckgas auf, haben pyrotechnische Gasgeneratoren und Hybridgasgeneratoren. Die europäische Patentanmeldung 0 733 520 offenbart einen pyrotechnischen Gasgenerator mit einem Metallgehäuse und einem Initiator bzw. einer Sprengkapsel, wobei das Gehäuse Pellets enthält, die bevorzugt ein säurefreies Gaserzeugungsmittel aufweisen, wie z. B. Aminotetrazol, und ein Oxidationsmittel, welches bevorzugt Kupferoxid, Natriumnitrat, Guanidinnitrat, Glimmer und/oder Calciumstearat ist.

Leider ist jede dieser Art von Gasgeneratorvorrichtungen gewissen Nachteilen unterworfen, wie z. B. größere Gewichts- und Raumerfordernisse als erwünscht, die Erzeugung unerwünschter oder nicht bevorzugter Verbrennungsprodukte in größeren Mengen als erwünscht und die Produktion oder Emission von Gasen bei höherer Temperatur als erwünscht, um Beispiele zu nennen.

Im Hinblick auf diese und andere verwandte oder ähnliche Probleme und Mängel bekannter Gasgeneratorvorrichtungen wurde eine neue Art Gasgenerator entwickelt, der ein von einem Fluid angetriebener Gasgenerator genannt wird. Diese Gasgeneratoren sind Gegenstand der allgemein zugeordneten Patente Smith et al., US-Patent 5,470,104, ausgegebenen am 28. November 1995; Rink, US-Patent 5,494,312, ausgegeben am 27. Februar 1996; und Rink et al., US-Patent 5,531,473, ausgegeben am 2. Juli 1996.

Eine solche Gasgeneratorvorrichtung verwendet ein Brennstoffmaterial in der Form eines Fluids, d.h. in der Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder eines fein verteilten Feststoffes oder einer oder mehrerer Kombinationen derselben bei der Bildung eines Aufblasgases für eine zugehörige aufblasbare Vorrichtung. Bei einer solchen Gasgeneratorvorrichtung wird das Brennstoffluidmaterial verbrannt, um ein Gas zu erzeugen, welches mit einer Menge von gespeichertem Druckgas in Berührung kommt, um ein Aufblasgas für die Verwendung beim Aufblasen einer entsprechenden aufblasbaren Vorrichtung zu erzeugen.

Während diese von dem Fluid angetriebenen Gasgeneratoren mindestens einige der oben erwähnten Mängel bekannter Gasgeneratorvorrichtungen vermeiden oder minimal machen, kann doch die richtige Lagerung eines Brennstoffmaterials zusammen mit einem entsprechenden Oxidationsmittel schwierig sein, insbesondere über längere Zeiten hin, wie es bei aufblasbaren Rückhaltesystemen in Kraftfahrzeugen gewöhnlich oder typisch ist, wobei diese Systeme eine vernünftige Lebensdauer erfordern, die sich über eine Reihe von Jahren erstreckt. Zwar kann die separate Lagerung des Brennstoffs und des Oxidationsmittels einige dieser Lagerungsschwierigkeiten mildern und reduzieren, die Kompliziertheit und die Kosten des Aufbaus und der Herstellung eines Gasgenerators, der eine solche separate Speicherung von Brennstoff und Oxidationsmittel vorsieht, können aber größer als erwünscht sein.

Im Hinblick darauf bleibt ein Bedürfnis einer Gasgeneratorvorrichtung, welche eine oder mehrere der folgenden Aufgaben befriedigt: Erhöhte Einfachheit des Aufbaus und der Konstruktion, Vermeidung oder Minimierung der Risiken oder Probleme, die mit dem Speichern, der Handhabung und Abgabe der verschiedenen und ausgewählten gaserzeugenden Materialien zusammenhängen; und die Ermöglichung auch weiterer Reduzierungen beim Anlagengewicht und den Kosten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein allgemeiner Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Vorrichtung und eines verbesserten Verfahrens zum Aufblasen einer aufblasbaren Vorrichtung.

Eine speziellere Aufgabe der Erfindung ist die Überwindung eines oder mehrerer der vorstehend beschriebenen Probleme.

Der allgemeine Gegenstand der Erfindung kann mindestens zum Teil durch eine Einrichtung erreicht werden für das Aufblasen einer aufblasbaren Vorrichtung, wobei die Einrichtung eine erste Kammer aufweist mit einem Inhalt, der Mengen von Stickoxid und Brennstoffmaterial in der Form eines Feststoffes einschließt, die in Berührung miteinander gespeichert sind. Die Einrichtung weist auch eine Sprengkapsel auf, um eine Reaktion mindestens eines Teils der Menge des Stickoxides mit mindestens einem Teil der Menge des Brennstoffmaterials zu initiieren und Verbrennungsprodukte zu bilden, die mindestens ein gasförmiges Verbrennungsprodukt einschließen. Im Stand der Technik ist man im allgemeinen nicht in der Lage, einen so einfachen Aufbau und eine so einfache Konstruktion für einen Gasgenerator vorzusehen, wie gewünscht, wobei ein Brennstoffmaterial und ein separat vorgesehenes Oxidationsmittel verbrannt werden, um ein Aufblasgas für die Verwendung beim Aufblasen einer zugehörigen aufblasbaren Rückhalteeinrichtung zu erzeugen oder zu bilden. Im Ergebnis können eines oder mehrere des Gewichtes, der Kosten und der Größe solcher bekannter Gasgeneratorvorrichtungen größer sein als erwünscht ist.

Die Erfindung schließt ferner eine Einrichtung ein für das Aufblasen einer aufblasbaren Vorrichtung, wobei die Einrichtung eine normalerweise geschlossene erste Kammer mit unter Druck stehendem Inhalt einschließt, der Mengen an Stickoxid und einem brennbaren Brennstoffmaterial in der Form eines Schaums mit offener Zelle einschließt. Mindestens ein Teil des Stickoxides ist in der ersten Kammer in einer flüssigen Phase in Berührung mit dem brennbaren Schaumbrennstoffmaterial mit offener Zelle gespeichert. Die Einrichtung weist auch eine Sprengkapsel auf, um die Reaktion mindestens eines Teils der Menge des Stickoxides mit mindestens einem Teil der Menge des brennbaren Brennstoffmaterials zu initiieren und Verbrennungsprodukte, einschließlich mindestens eines gasförmigen Verbrennungsproduktes zu bilden.

Die Erfindung enthält ferner ein Verfahren für das Aufblasen einer aufblasbaren Sicherheitsvorrichtung. Ein solches Verfahren weist folgende Schritte auf:

Verbrennen einer festen Form eines Brennstoffmaterials, welches in Berührung mit einem Stickoxidoxidationsmittel gespeichert ist, um Verbrennungsprodukte einschließlich mindestens eines gasförmigen Verbrennungsproduktes zu bilden und

Freigeben des Aufblasgases mit mindestens einem Teil des mindestens einen gasförmigen Verbrennungsprodukts aus der Einrichtung, um die aufblasbare Sicherheitsvorrichtung aufzublasen.

Andere Gegenstände und Vorteile ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Ansprüchen und Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine vereinfachte, teilweise im Schnitt gesehene, schematische Ansicht einer Sicherheitsvorrichtung für einen Fahrzeuginsassen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

2 ist eine vereinfachte, teilweise im Schnitt genommene, schematische Zeichnung einer Sicherheitsvorrichtung für einen Fahrzeuginsassen gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung kann in einer Vielzahl unterschiedlicher Aufbauten beispielhaft dargestellt werden. Für eine repräsentative Ausführungsform veranschaulicht 1 die vorliegende Erfindung am Beispiel einer Sicherheitsvorrichtung für einen Fahrzeuginsassen, die allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist. Die Sicherheitsvorrichtung 10 für den Fahrzeuginsassen weist eine aufblasbare Rückhalteeinrichtung 12 für den Fahrzeuginsassen auf, z. B. ein aufblasbares Luftsackkissen, und gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Vorrichtung, die allgemein mit der Bezugszahl 14 bezeichnet ist und als Aufblaseinrichtung oder Gasgenerator für die Verwendung beim Aufblasen der Rückhalteeinrichtung für den Insassen allgemein bezeichnet ist.

Nach der richtigen Betätigung oder dem Einschalten der Fahrzeugsicherheitsvorrichtung 10 wird die Rückhalteeinrichtung 12 für den Fahrzeuginsassen von einer Strömung eines Aufblasfluids aufgeblasen, z. B. einem Gas aus dem Gasgenerator 14, um die Bewegung eines Insassen des Fahrzeugs einzuschränken. Die aufblasbare Rückhalteeinrichtung 12 für den Fahrzeuginsassen ist in typischer Weise ausgestaltet, um in eine Stelle oder einen Platz innerhalb des Fahrzeuges hinein zwischen den Insassen und gewissen Teilen des Fahrzeuginneren aufgeblasen zu werden, wie z. B. den Türen, dem Lenkrad, dem Instrumentenbrett oder dergleichen, um die Möglichkeit und Härte des erzwungenen Auftreffens des Insassen auf diese Teile des Fahrzeuginneren zu reduzieren.

Es versteht sich, daß die nachfolgend beschriebene Erfindung auf verschiedene Arten oder Typen von Luftsackanordnungen anwendbar ist, einschließlich der Fahrerseite, Insassenseite und bei Luftsackanordnungen für den Seitenaufprall für verschiedene Arten und Typen von Fahrzeugen, wie z. B. Kraftfahrzeugen, einschließlich z. B. Kleintransportern, Pritschenwagen und insbesondere Automobilen.

Der Gasgenerator 14 weist eine erste bzw. zweite Kammer 16 bzw. 18 auf. Die erste Kammer 16, die entsprechend der ausführlicheren Beschreibung unten eine feste Form von Brennstoffmaterial in Berührung mit Stickoxid enthält und manchmal hier als Verbrennungs- oder Reaktionskammer bezeichnet wird. Die zweite Kammer 18 dient gemäß der nachfolgenden ausführlicheren Beschreibung dazu, die Reaktionsprodukte abzukühlen, die aus der Reaktionskammer 16 in die zweite Kammer gelangen, und wird manchmal hier als Abkühlkammer bezeichnet.

Die Reaktionskammer wird teilweise durch eine becherförmige Basis 20 mit einem Basisende 22 und einem gegenüberliegenden offenen Ende 24 bestimmt. Das Basisende 22 weist eine Öffnung 26 auf, durch welche eine Zündkapsel 30 in dichtender Lage mit der Reaktionskammer 16 angebracht ist, z. B. mittels (nicht gezeigt) Laserschweißen, eines O-Ringes, Crimpen oder einer anderen geeigneten hermetischen Abdichtung.

Im allgemeinen kann die Sprengkapselvorrichtung 30 von einem beliebigen Typ von Zündmitteln sein, einschließlich: Brückenzünder, Zündkerzenentladung, erwärmte oder Explosionsleitung oder -folie, Durchgangstrennwand (z. B. eine Sprengkapsel, die durch eine Schott- bzw. Trennwand in der Form einer metallischen hermetischen Abdichtung entlädt) um Beispiele zu nennen, und kann, gewünschtenfalls, eine pyrotechnische Ladung enthalten. In der Praxis kann eine relativ große Wärmeeingabe, wie z. B. von der Sprengkapsel, hilfreich sein, wenn man eine vollständigere Zündung der gewünschten Reaktion des Kraftstoffes und gespeicherten Stickoxides erhalten will. Da pyrotechnische, eine Ladung enthaltende Sprengkapseln in typischer Weise leichter diese relativ großen Wärmeeingaben aus einer relativ kleinen Sprengkapselvorrichtung erzeugen können, kann im Hinblick darauf die Praxis der Erfindung mit diesen Sprengkapseln besonders vorteilhaft sein.

Der feste Brennstoff bei der veranschaulichten Ausführungsform befindet sich in der Form eines Schaums und ist durch die Bezugszahl 32 bezeichnet und vorzugsweise komprimiert, um die Raumausnutzung zu maximieren, und ist in der Basis 20 installiert. Um z. B. den Anordnungsaufbau, die Herstellung und den Betrieb zu erleichtern, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der feste Kraftstoffschaum 32 durch Reibung in der Basis 20 am Platz gehalten. Es versteht sich jedoch, daß alternative oder ergänzende Anbringformen, wie sie z. B. durch die Verwendung eines Klebstoffes oder Bindemittels realisiert werden, beispielsweise auch oder alternativ verwendet werden, um diesen oder einen ähnlichen festen Brennstoff bei oder an der Basis 20, erwünschtenfalls, zu befestigen.

Die Basis weist eine Füllöffnung 34 auf, wie in der Technik bekannt ist, durch welche ein ausgewähltes Reaktionsmaterial für die Kammerfüllung, einschließlich z. B. Stickoxid entweder allein oder in Kombination mit einem oder mehreren Inertgasen in die Reaktionskammer 16 gebracht werden kann und in Kontakt gebracht werden kann, z. B. in direkten, physikalischen Kontakt mit dem festen Brennstoff 32. Bei der Beschreibung des Gegenstandes der Erfindung wird diese direkte physikalische Berührung von Stickoxid und festem Brennstoff manchmal als inniger Kontakt beschrieben.

Es versteht sich, daß das Füllmaterial, z. B. Stickoxid entweder allein oder in Kombination mit einem oder mehreren Inertgasen, welches in die Reaktionskammer gelangt oder zugeführt ist, z. B. in der Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer Kombination von Gas und Flüssigkeit sein kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das verwendete Füllmaterial, um die Festbrennstoff enthaltende Reaktionskammer zu füllen, im wesentlichen aus Stickoxid. Bei einer solchen Ausführungsform kann der Speicherdruck in der Reaktionskammer in typischer Weise im Bereich von 4,14 bis 10,34 MPa (600 psi bis 1.500 psi) und bevorzugt im Bereich von 4,48 bis 4,83 MPa (650 psi bis 700 psi) bei normaler Umgebungstemperatur liegen.

Unter diesen Bedingungen kann ein gewisser und vorzugsweise erheblicher Teil der Menge an gespeichertem Stickoxid in vorteilhafter Weise in einer flüssigen Phase gespeichert sein. Als Folge des Anstiegs der Dichte, die zu der Speicherung in flüssiger Phase gehört, im Gegensatz zur Speicherung in einer Gasphase, kann die Flüssigphasenspeicherung zu einer Reduzierung oder Minimierung des benötigten oder erforderlichen Speichervolumens führen und somit zu einem Gasgenerator mit einem kompakteren Aufbau oder Anordnung führen. Ferner sind diese Speicherdrücke im allgemeinen erheblich geringer als die Speicherdrücke, die normalerweise oder in typsicher Weise in hybrid- und fluidangetriebenen Gasgeneratoren, wie oben erwähnt, verwendet werden. Somit kann der entsprechende Gasgenerator im Hinblick auf diese niedrigeren Drücke ausgestaltet werden und braucht nicht die relativ dicken und schweren Wände zu haben, die normalerweise zur Speicherung bei jenen höheren Drücken gehören. Infolgedessen kann eine Gasgeneratorausgestaltung mit geringerem Gewicht und typischerweise niedrigeren Kosten realisiert werden.

Es versteht sich, daß besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung auch ein oder mehrere Inertgase enthalten können, wie sie z. B. auch in Berührung mit dem Festbrennstoff 32 gespeichert sein können. Der Einschluß einer relativ kleinen Menge an gegebenem Inertgasbestandteil, wie z. B. Helium, kann z. B. für die Verwendung bei dem Nachweis der Möglichkeit einer Leckage aus einem Druckbehälter erwünscht sein, wie in der Technik allgemein bekannt ist. Zusätzlich oder alternativ kann ein Inertgas, z. B. Argon, notwendigenfalls oder erwünschtenfalls, in der Reaktionskammer 16 eingeschlossen sein, um in wirksamer Weise die Verbrennungsrate in der Kammer 16 zu reduzieren und dadurch dem Reduzieren der relativen Konzentrationen von Brennstoff und Oxidationsmitteln innerhalb der Reaktionskammer zu dienen.

Es versteht sich, daß ein solches eingeschlossenes Inertgas somit im wesentlichen als Verdünnungsmittel dienen kann.

Nachdem die Reaktionskammer 16 gut gefüllt wurde, kann die Füllöffnung 34 gut blockiert oder in bekannter Weise geschlossen werden, z. B. durch einen Stift oder eine Kugel 34a.

Das offene Ende 24 der becherförmigen Basis 20 ist mittels eines Kammerdomes 36 geschlossen. Bei der veranschaulichten Ausführungsform hat der Kammerdom 36 eine einstückige Konstruktion und ist mittels einer Schweißung 40 an der inneren Oberfläche 42 der Basis an letzterer angebracht. Der Kammerdom 36 weist einen Öffnungsabschnitt 44 auf, der ausgestaltet ist, um für eine Fluidverbindung zwischen der Reaktionskammer 16 und der Abkühlkammer 18 zu sorgen. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist der Öffnungsabschnitt 44 ein kreuzförmiger Bereich in dem Kammerdom 36, der ausgestaltet ist, um zu brechen oder sich anderweitig zu öffnen, wenn eine vorbestimmte Druckdifferenz auf den gegenüberliegenden Oberflächen 44a und 44b des Öffnungsabschnittes 44 vorhanden ist. Bei einem solchen Öffnen wird die Reaktionskammer 16 mit der Abkühlkammer 18 in Fluidverbindung gebracht.

In der Praxis kann eine solche Kammerdomanordnung bevorzugt sein, da eine solche Anordnung die Herstellung und den Zusammenbau erleichtern und eine verbesserte Zuverlässigkeit vorsehen kann. Es versteht sich jedoch, daß auch andere Formen, Mittel und Techniken zur Schaffung einer Fluidverbindung von der Reaktionskammer 16 auch von der Erfindung ins Auge gefaßt sind. Z. B. kann der Dom oder die Wand, welche die erste Kammer von der Abkühlkammer trennt, in einfacher Weise eine Öffnung einschließen, die normalerweise von einer Berstscheibe abgedeckt ist, mit einer Ausgestaltung, um bei einem geeigneten vorbestimmten Druck zu reißen. Der Gasgenerator 14 weist auch eine zweite Kämmeranordnung 46 auf, die eine äußere Wand 50 und eine Fließsteuereinrichtung 52 einschließt, die zusammen dazu dienen, die Abkühlkammer 18 und einen Diffusorabschnitt 54 zu bilden. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist die Kammeranordnung 46 an der Reaktionskammer 16 z. B. mittels einer Inertgasschweißung 56 der äußeren Wand 50 der zweiten Kammeranordnung an der Basis 20 der Reaktionskammer angebracht. Es versteht sich jedoch, daß auch andere Formen und Anbringstellen oder Verbinder gewünschtenfalls verwendet werden können.

Die äußere Wand 50 der zweiten Kammeranordnung bildet einen Diffusor 60 einstückig und in einem durchgehenden Stück mit dieser. Zwar kann diese einstückige Ausgestaltung verschiedene Vorteile bringen, wie z. B. Vereinfachung der Anordnung und Herstellung, es versteht sich aber, daß auch andere Formen oder Typen von Diffusoren gewünschtenfalls bei der Praxis der Erfindung verwendet werden können. Z. B. kann ein separat hergestellter Diffusor an der Gasgeneratoranordnung z. B. durch die Verwendung verschiedener Anbringtechniken, wie z. B. durch Schweißen, befestigt werden.

Der Diffusor 60 weist in der äußeren Wand 50 eine Vielzahl von Ausgangsöffnungen 62 auf für den Durchgang von Aufblasgas aus dem Gasgenerator 14 in die zugehörige aufblasbare Rückhalteeinrichtung 12 für den Fahrzeuginsassen.

Die Strömungsteuereinrichtung 52 ist z. B. durch Preßpassung an dem Diffusorabschnitt 54 befestigt. Die Strömungssteuereinrichtung 52 weist eine Vielzahl von Öffnungen 64 auf, durch welche Gas aus der Abkühlkammer 18 durch den Diffusor 60 gelangt und zu der aufblasbaren Rückhalteeinrichtung 12 für den Fahrzeuginsassen geführt wird. Die Strömungssteuereinrichtung 52 dient als Meßöffnung, welche die Fließgeschwindigkeit austretender Gase und Drücke in der Abkühlkammer 18 steuert.

Wie oben erwähnt wurde, enthält die Reaktionskammer im Ruhezustand eine feste Form eines Brennstoffmaterials in Berührung mit Stickoxid. Wie man erkennt, führen feste Formen von Brennstoff im allgemeinen zu einer größeren Brennstoffdichte, und somit können feste Brennstofformen kleinere Speichervolumina erfordern und entsprechende Größenverringerungen des Gasgenerators gestatten.

Viele feste Brennstoffmaterialien sind für die Verwendung in der Praxis der Erfindung geeignet, einschließlich z. B. Polyolefinen, Wachsen und intern teilweise oxidierte Verbindungen, wie z. B. Polyester, Polyether, Acrylpolymere, Phenole, Polysaccharide (wie z. B. Zellulose oder Stärke), Zelluloseether, Zelluloseester, Nitratsalze von Aminen, Nitramine, Nitroverbindungen und Gemische zweier oder mehrerer dieser aufgelisteten Stoffe. Spezieller sind geeignete feste Brennstoffmaterialien für die Verwendung in der Praxis der Erfindung veranschaulicht durch Ethylenzellulose, Zelluloseacetat, Zelluloseacetatbutyrat, Zellulosepropionat, Polyacetal, Polyethylen, Polypropylen, Polystyren, Polybutadien mit endständiger Hydroxylgruppe, Polymethylacrylat, Naphtalen und Nitrozellulose sowie Kombinationen davon.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der feste Kraftstoff in der Form eines Schaumstoffs, vorzugsweise in der Form eines Schaumstoffes mit offener Zelle. Z. B. können Schaumstoffe verschiedener Polyolefine, wie z. B. Polyester, Polyether, Polystyren, Polypropylen und Polyethylen gewünschtenfalls verwendet werden. Z. B. kann die Verwendung eines Schaumstoffs, der aus einem relativ langen und gestreckten Polyolefin gebildet ist, wie z. B. Polyethylenschaumstoff mit einer Dichte im Bereich von etwa 20-40 kg/m3 und einer Zellengröße im Bereich von etwa 1-3 mm besonders vorteilhaft sein.

Zusätzlich können Katalysatoren und Modifikatoren der Verbrennungsrate, wie z. B. Borhydride und Metalloxide, wie z. B. Kupferoxid, erwünschtenfalls hinzugefügt oder eingeschlossen werden. Langkettenpolymere bilden eine andere Kategorie von Brennstoffmaterial in fester Form, welches in der Erfindung benutzbar ist. Während verschiedene polymere Materialien in der Praxis der Erfindung benutzt werden können, schließen besonders nützliche Polymermaterialien ein:

  • 1) Thermoplastische Materialien, wie z. B. Polyethylenglycol und Polyethylen als Beispiel;
  • 2) Zelluloseartige Materialien, wie z. B. Zelluloseacetat und Zelluloseacetatbutyrat als Beispiel; und
  • 3) Wärmegehärtete Materialien, wie z. B. Polybutadien mit endständiger Hydroxylgruppe.

Es versteht sich, daß sich diese festen Materialformen von den Schaumstoffmaterialien unterscheiden, die hier veranschaulicht und beschrieben sind, und zwar insofern, als die Oberflächenporosität dieser Materialien minimal gemacht ist mit dem Ergebnis, daß die Verbrennungsgrenzfläche an der äußeren Oberfläche des festen Brennstoffs im wesentlichen gehalten wird. Somit können diese festen Polymerformen gestaltet sein, um entweder die Reaktionsrate und die Massenflußrate der Verbrennungsprodukte oder beide, die erforderlich oder erwünscht sind, um das gewünschte Aufblasen eines besonderen Luftsackkissens vorzusehen. Z. B. kann die Gestalt des Feststoffs darauf zugeschnitten sein, eine anfänglich niedrigere Massenflußrate während der Anfangsphase des Entfaltens vorzusehen, gefolgt von einer höheren Massenflußrate, um z. B. das Luftsackkissen gut aufzublasen, nachdem das Kissen seine Position vollständiger Entfaltung erreicht hat. Somit können diese festen Brennstofformen und entsprechenden Luftsackgasgeneratoren, aufblasbare Rückhaltesysteme und Betriebsverfahren verwendet werden, um die Verletzungsmöglichkeit eines Fahrzeuginsassen bei entsprechender Fehlposition zu vermeiden oder zu minimieren.

Die Verwendung eines wasserstoffeinschließenden thermoplastischen Materials, wie z. B. Polyethylenglycol, kann besonders vorteilhaft sein. Der in dem Brennstoffmaterial eingeschlossene zusätzliche Sauerstoff kann bei der Verbesserung der Reaktionsrate nützlich sein, so daß eine vollständige Verbrennung des Brennstoffmaterials innerhalb der kurzen Zeitperiode auftritt, die für das Aufblasen eines Luftsackkissens vorgesehen ist. Es versteht sich, daß eine solche bevorzugte Art von Brennstoffmaterial erwünschtenfalls in der Form eines monolithischen festen Korns oder einer Menge extrudierter Pellets sein kann. Ferner können diese Materialien in typischer Weise leicht über eine Extrusionsbehandlung mit niedrigen Kosten hergestellt sein. Weiter noch und erwünschtenfalls können zusätzliche Sauerstoffträgerverbindungen, wie z. B. Kaliumperchlorat, basisches Kupfernitrat usw. leicht währen der Extrusionsbehandlung hinzugefügt werden, um die Reaktionsrate bzw. -geschwindigkeit zu fördern. In typischer Weise werden diese zusätzlichen Sauerstoffträgerverbindungen, wenn sie hinzugefügt werden, in relativ geringen Mengen zugefügt, so daß die Endformatierung ein Gemisch aus Brennstoff und Sauerstoffträger ist, die brennstoffreich bleibt und somit zusätzlichen Sauerstoff erfordert, der von dem Stickoxid für eine vollständige Verbrennung vorgesehen wird.

Im Betrieb wird z. B. nach dem Abfühlen einer Kollision ein elektrisches Signal zu der Sprengkapselvorrichtung 30 geschickt. Die Sprengkapsel 30 sorgt für eine Wärmeeinspeisung in die Reaktionskammer 16, um die Verbrennung des in der Reaktionskammer 16 enthaltenen Brennstoffs zu initiieren.

Das nach der Verbrennung des Brennstoffs erzeugte heiße Gas führt zu einem schnellen Druckanstieg innerhalb der Reaktionskammer 16. Zusätzlich kann während des Verbrennungsprozesses freigesetzte Wärme zu der Verdampfung zusätzlichen Stickoxides in flüssiger Phase führen mit der Folge, daß zusätzliches Stickoxid für die Verbrennungsreaktion mit dem erhältlichen Brennstoff zur Verfügung steht, da man glaubt, daß diese Reaktion in erster Linie in der Gasphase erfolgt. Spezieller glaubt man, daß Stickoxid in der Dampfphase, wie es z. B. ursprünglich in der Reaktionskammer vorhanden oder in dieser durch Verdampfung von gespeichertem Stickoxid in flüssiger Phase gebildet ist, sich spaltet oder dissoziiert, um Dissoziationsprodukte zu bilden, einschließlich gasförmigen Sauerstoffs, mit welchem der feste Brennstoff reagiert, d.h. verbrennt, um Verbrennungsreaktionsprodukte zu bilden. Man glaubt, daß somit Stickoxid mindestens teilweise als Oxidationsmittelquelle dient, die bei der Verbrennung von gespeichertem Festbrennstoff verwendet wird.

Wenn der Druck in der Reaktionskammer 16 die strukturelle Fähigkeit des Öffnungsabschnitts 44 übersteigt, reißt der Öffnungsabschnitt 44 oder gestattet in anderer Weise den Durchgang heißen Verbrennungsgases aus der Reaktionskammer 16 in die Abkühlkammer 18.

In der Abkühlkammer 18 kühlt sich das aus der Reaktionskammer 16 ausgestoßene heiße Verbrennungsgas ab und gelangt durch die Strömungssteuereinrichtung 52 und der Reihe nach in den Diffusor 60 in die zugehörige, aufblasbare Rückhalteeinrichtung 12 für den Fahrzeuginsassen.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird zwar gespeichertes Stickoxid als Oxidationsmittelquelle benutzt, die bei der Verbrennung von gespeichertem Festbrennstoff verwendet wird, es versteht sich aber, daß zusätzliche Mengen oder Teile von gespeichertem Stickoxid als Gasquellenmaterial beim Aufblasen eines zugehörigen Luftsackkissens verwendet werden kann. Z. B. kann gemäß Darstellung und Beschreibung in dem allgemein zugeteilten US-Patent 5,669,629, Rink, ausgegeben am 23. September 1997, dieses Stickoxid als Gasquellenmaterial dienen, welches sich zerlegt oder spaltet, um Spaltprodukte zu bilden oder zu erzeugen, die zum Aufblasen einer aufblasbaren Vorrichtung verwendet werden.

2 veranschaulicht eine Sicherheitseinrichtung für einen Fahrzeuginsassen, die allgemein mit der Bezugszahl 210 bezeichnet ist und einer alternativen Ausführungsform der Erfindung entspricht. Die Fahrzeugsicherheitseinrichtung 210 ist allgemein ähnlich der Fahrzeugsicherheitseinrichtung 10, die oben beschrieben wurde, und weist eine aufblasbare Rückhalteeinrichtung 212 für einen Fahrzeuginsassen auf, z. B. ein aufblasbares Luftsackkissen, und weist eine Aufblaseinrichtung, die allgemein mit 214 bezeichnet ist, zum Aufblasen der Rückhalteeinrichtung 212 für den Insassen auf.

Der Gasgenerator 214 ist im allgemeinen ähnlich dem oben beschriebenen Gasgenerator 14 und weist eine erste Kammer 216 (auch als Verbrennungs- oder Reaktionskammer bezeichnet) und eine zweite Kammer 218 auf (die auch als Abkühl- oder Mischkammer bezeichnet ist). Die Reaktionskammer 216 enthält eine feste Form von Brennstoffmaterial (mit der Bezugszahl 232 bezeichnet) in Berührung mit Stickoxid. Die Kammer 216, ähnlich der Kammer 16 der oben beschriebenen Ausführungsform, wird zum Teil durch eine becherförmige Basis 220 mit einem Basisende 222 und einem gegenüberliegenden offenen Ende 224 gebildet. Das Basisende 222 weist eine Öffnung 226 auf, durch welche eine Sprengkapselvorrichtung 230 abdichtend an der Kammer 216 angebracht ist. Die Basis 220 weist eine Füllöffnung 234 auf, durch welche Materialien, wie z. B. das Stickoxid, in die Reaktionskammer 216 hineingelangen können. Nachdem die Reaktionskammer 216 gefüllt wurde, kann die Füllöffnung 234 vollständig blockiert, verstopft oder verschlossen werden, wie bekannt ist z. B. durch einen Stift oder eine Kugel 234a.

Das offene Ende 224 der becherförmigen Basis 220 ist mittels eines Kammerdomes 236 geschlossen, der einen Öffnungsabschnitt 244 mit einer Ausgestaltung hat, um eine Fluidverbindung von der Reaktionskammer 216 aus zu der Abkühlkammer 220 vorzusehen.

Der Gasgenerator 214 weist auch eine zweite Kammeranordnung 246 auf, die eine äußere Wand 250 und eine Strömungssteuereinrichtung 252 einschließt, die zusammen dazu dienen, die Abkühlkammer 218 und einen Diffusorabschnitt 254 zu bilden.

Die äußere Wand 250 der zweiten Kammeranordnung bildet einen Diffusor 260 in einem integralen und fortlaufenden Stück mit diesem. Der Diffusor 260 weist eine Vielzahl von Ausgangsöffnungen 262 in der äußeren Wand 250 auf für den Durchgang von Aufblasgas aus dem Gasgenerator 214 in die zugehörige, aufblasbare Rückhalteinrichtung 212 für den Fahrzeuginsassen.

Die Strömungssteuereinrichtung 252 weist eine Vielzahl von Öffnungen 264 auf, durch welche Gas aus der Abkühlkammer 218 zu dem Diffusor 260 gelangt und zu der zugeordneten, aufblasbaren Rückhalteeinrichtung 212 für den Fahrzeuginsassen geführt wird.

Der Gasgenerator 214 unterscheidet sich von dem Gasgenerator 14 jedoch dann, daß die Abkühlkammer 218 normalerweise geschlossen oder abgedichtet und mit einem Inertgas gefüllt ist, wie z. B. Argon oder Stickstoff, und auf einen Druck in typischer Weise im Bereich von 13,79-27,58 MPa (2.000-4.000 psi) gebracht wird. Dieser Verschluß der Abkühlkammer 218 wird durch den Einschluß einer Berstscheibe 270 oder dergleichen realisiert, um normalerweise den Inhalt der Abkühlkammer 218 von dem Diffusor 254 zu trennen.

Der Betrieb der Fahrzeugsicherheitseinrichtung 210 ist anfangs im allgemeinen ähnlich dem Betrieb der oben beschriebenen Vorrichtung 10 insofern, als nach Abfühlen einer Kollision ein elektrisches Signal zu der Sprengkapselvorrichtung 230 geschickt wird. Die Sprengkapsel 230 sorgt für eine Wärmeeinspeisung zu der Reaktionskammer 216, um die Verbrennung des Brennstoffes und Stickoxid, welche in dieser eingeschlossen sind, zu initiieren.

Das nach der Verbrennung des Brennstoffs und des Stickoxides erzeugte heiße Gas führt zu einem schnellen Druckanstieg innerhalb der Reaktionskammer 216. Ferner kann während des Verbrennungsprozesses freigesetzte Wärme zu der Verdampfung zusätzlichen Stickoxides in flüssiger Phase führen und dadurch zu zusätzlichem Stickoxid führen, welches für die Verbrennungsreaktion mit zur Verfügung stehendem Brennstoff zur Verfügung steht, da man glaubt, daß eine solche Reaktion in erster Linie in der Gasphase erfolgt.

Wenn der Druck innerhalb der Reaktionskammer 216 die aufbaumäßige Fähigkeit des Öffnungsabschnitts 244 übersteigt, bricht der Öffnungsabschnitt 244 oder gestattet auf andere Weise den Durchgang heißen Verbrennungsgases in die Abkühlkammer 218 hinein.

In der Abkühlkammer 218 vermischt sich das aus der Reaktionskammer 216 ausgestoßene Verbrennungsgas mit dem Druckgas, welches in der Abkühlkammer 218 gespeichert ist, um ein Aufblasgas für die Benutzung beim Aufblasen der aufblasbaren Rückhalteeinrichtung 212 für einen Fahrzeuginsassen zu erzeugen.

Es versteht sich, daß ein Vermehren des Verbrennungsgases mit dem gespeicherten Inertgas ein Aufblasgas erzeugt, welches sowohl eine niedrigere Temperatur als auch eine reduzierte Konzentration an Nebenprodukt (z. B. CO, Nox, H2O usw.) als das Verbrennungsgas allein hat.

Wenn der Gasdruck in der Abkühlkammer 218 die aufbaumäßige Fähigkeit der Berstscheibe 270 übersteigt, reißt die Scheibe oder gestattet auf andere Weise den Durchgang von Aufblasgas durch den Diffusor 260 und aus den Diffusorausgangsöffnungen 262 heraus in die zugeordnete, aufblasbare Rückhalteeinrichtung 212 für den Fahrzeuginsassen.

Es sei besonders verdeutlicht, daß gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem Festbrennstoff und dem Oxidationsmittel mindestens teilweise über die Steuerung oder Einstellung von Parametern gesteuert werden kann, die allgemein bei Verbrennungssystemen nicht anwendbar oder benutzbar sind, welche auf die Verbrennung eines Brennstoffmaterials in der Form eines Fluids abstellen, wie z. B. einer Flüssigkeit oder eines Gases in Verbindung mit einem Oxidationsmittel. Z. B. kann die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen der Form eines Schaumstoffes mit offener Zelle eines Brennstoffs mit einem Oxidationsmittel durch Einstellen und Steuern der speziellen Formeigenschaften des Schaumstoffs eingestellt oder kontrolliert werden, um Poren oder Leerstellen zu ergeben, die z. B. einen ausgewählten Durchmesser und/oder Länge und/oder äußere Form haben.

In der Praxis der Erfindung glaubt man bei Verwendung von festen Formen an Brennstoffmaterialien, daß die Geschwindigkeit, bei welcher das Oxidationsmittel zu der Oberfläche des festen Brennstoffs diffundiert, in erster Linie ein die Geschwindigkeit der Verbrennungsreaktion steuerndes Phänomen ist. Die Menge und Form der Oberfläche des Brennstoffeststoffs ändert sich allgemein, wenn Teile des festen Brennstoffs verbraucht werden. Als Folge ändert sich auch die relative Menge an Brennstoffmaterial, die zur Verfügung steht, um an der Verbrennungsreaktion teilzunehmen, auch über der Zeit. Somit können die Verbrennungseigenschaften für einen besonderen Gasgeneratoraufbau in vorteilhafter Weise durch Einstellungen gesteuert oder geändert werden, die an der Form und den Eigenschaften des festen Brennstoffs gemacht werden. Z. B. kann eine feste Kornform von Brennstoff gestaltet werden, um ein ausgewähltes Oberflächenprofil durch die Reaktion vorzusehen und somit eine speziell gewünschte oder zugeschneiderte Reaktionsgeschwindigkeit der Kraftstoff- oder Massenflußrate des Aufblasgases in ein zugehöriges Luftsackkissen hinein vorzusehen.

Die Gasgeneratoranordnungen der Erfindung, wie sie oben beschrieben wurden, können eine Anzahl von Vorteilen vorsehen oder gewährleisten, einschließlich z. B. die Verwendung reduzierter Speicherdrücke und das Reduzieren des Gewichts und/oder der Kosten und/oder der Größe einer Gasgeneratoranordnung.

Es versteht sich, daß die Diskussion der Theorie, wie z. B. die Diskussion, daß die Verbrennungsreaktion zwischen dem Brennstoff und dem Stickoxid in erster Linie in der Gasphase erfolgt, eingeschlossen wird, um den Gegenstand der Erfindung verstehen zu helfen, und keineswegs die Erfindung in ihren weiteren Anwendungen zu begrenzen.


Anspruch[de]
Vorrichtung (14) zum Aufblasen einer aufblasbaren Vorrichtung (12), wobei die Vorrichtung (14) aufweist:

eine erste Kammer (16) mit einem Inhalt, der ein Brennstoffmaterial (32) einschließt und

eine Sprengkapsel (30) zum Aktivieren einer Reaktion des Brennstoffmaterials zur Bildung von Verbrennungsprodukten, einschließlich mindestens eines gasförmigen Verbrennungsproduktes,

dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffmaterial ein festes Brennstoffmaterial aufweist, welches in Berührung mit Stickoxid gespeichert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Kammer (16) unter Druck befindlich ist. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Inhalt der ersten Kammer mit einem Druck im Bereich von 4,14 bis 10,34 Mpa (600 psi bis 1500 psi), vorzugsweise 4,48 bis 4,83 Mpa (650 psi bis 700 psi) in dieser gespeichert ist. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die feste Form des Brennstoffes (32) einen Schaumstoff mit offener Zelle aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Schaumstoff ein Polyolefin aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei mindestens ein Teil der gespeicherten Menge an Stickoxid in Poren in dem Schaumstoff (32) gespeichert ist. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Inhalt der ersten Kammer (16) zusätzlich eine Menge von mindestens einem Inertgas aufweist. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei mindestens ein Teil des in der ersten Kammer (16) gespeicherten Stickoxids in einer flüssigen Phase gespeichert ist. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Kammer normalerweise geschlossen ist. Vorrichtung nach Anspruch 9, ferner mit einer zweiten Kammer (18), zu welcher die erste Kammer (16) geöffnet werden kann, wobei die zweite Kammer Aufblasgas in eine zugehörige aufblasbare Vorrichtung (12) führt. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die zweite Kammer (18) normalerweise geschlossen ist und einen Vorrat an gespeichertem Druckgas enthält und wobei nach Öffnen der ersten Kammer (16) mindestens ein Teil der Verbrennungsprodukte sich mit dem gespeicherten Druckgas zur Bildung eines Aufblasgases vermischt, das Vermischen der Verbrennungsprodukte mit dem gespeicherten Druckgas die Temperatur und den Druck in der zweiten Kammer erhöht, wobei die zweite Kammer geöffnet werden kann, wenn eine vorbestimmte Druckzunahme in der zweiten Kammer erfolgt, wobei mindestens ein Teil des Aufblasgases aus der zweiten Kammer zum Aufblasen der Vorrichtung (12) ausgetrieben wird. Verfahren zum Aufblasen einer aufblasbaren Sicherheitsvorrichtung (12) mit folgenden Schritten:

Verbrennen eines in einer Vorrichtung (14) gespeicherten Brennstoffmaterials (32) in fester Form, um Verbrennungsprodukte zu bilden mit mindestens einem gasförmigen Verbrennungsprodukt; und

Freigeben von Aufblasgas mit mindestens einem Teil des mindestens einen gasförmigen Verbrennungsproduktes aus der Vorrichtung zum Aufblasen der aufblasbaren Sicherheitsvorrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß die feste Form des Brennstoffmaterials in Berührung mit Stickoxid-Oxidationsmittel gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei mindestens anfänglich die Verbrennung bei einem Druck erfolgt, der größer als der Umgebungsdruck ist. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei die feste Form des Brennstoffmaterials (32), welches der Verbrennung unterzogen wird, einen Schaumstoff mit offener Zelle aufweist. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schaumstoff ein Polyolefin aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die feste Form des Brennstoffmaterials (32) und das Stickoxid in einer normalerweise geschlossenen ersten Kammer (16) gespeichert werden und die Vorrichtung zusätzlich eine zweite Kammer (18) aufweist, zu welcher die normalerweise geschlossene erste Kammer geöffnet werden kann, wobei die Verbrennung die Temperatur und den Druck in der ersten Kammer erhöht, wobei das Verfahren zusätzlich den Schritt aufweist:

Öffnen der ersten Kammer, wenn eine vorbestimmte Druckzunahme in der ersten Kammer erfolgt, um aus dieser Verbrennungsprodukte in die Kammer hinein auszutreiben.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die zweite Kammer (18) normalerweise geschlossen ist und einen Vorrat an gespeichertem Druckgas enthält, wobei nach Öffnen der ersten Kammer (18) mindestens ein Teil der Verbrennungsprodukte sich mit dem gespeicherten Druckgas vermischt, um ein Aufblasgas zu bilden und die Temperatur und den Druck in der zweiten Kammer zu erhöhen, wobei das Verfahren zusätzlich den Schritt aufweist:

Öffnen der zweiten Kammer, wenn eine vorbestimmte Druckzunahme in der zweiten Kammer erfolgt, wobei mindestens ein Teil des Aufblasgases aus der zweiten Kammer ausgetrieben wird, um die Vorrichtung (12) aufzublasen.






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