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Dokumentenidentifikation DE102007028806A1 27.12.2007
Titel Gaserzeugungssystem
Anmelder TK Holdings, Inc., Armada, Mich., US
Erfinder Stevens, Bruce A., Oakland, Mich., US;
Patterson, Donald B., Rochester, Mich., US;
Krupp, Robert M., Rochester, Mich., US;
McCormick, David M., St. Clair Shores, Mich., US
Vertreter Schubert, K., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 10178 Berlin
DE-Anmeldedatum 19.06.2007
DE-Aktenzeichen 102007028806
Offenlegungstag 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse B60R 21/26(2006.01)A, F, I, 20070619, B, H, DE
Zusammenfassung Ein Gaserzeugungssystem umfasst ein erstes Gehäuse, enthaltend ein Gas, und ein zweites Gehäuse, welches ein Gaserzeugungsmaterial darin beinhaltet. Das zweite Gehäuse ist operativ mit dem ersten Gehäuse verbunden, so dass eine Fluidkommunikation zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse ermöglicht wird. Nach Aktivierung des Gaserzeugungssystems passiert das Gas aus dem ersten Gehäuse durch das zweite Gehäuse hindurch, bevor es das System verlässt.

Beschreibung[de]
QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN

Diese Anmeldung beansprucht die Rechte der U.S. Provisional Anmeldungen mit den Aktenzeichen 60/814,967 und 60/815,205, eingereicht am 19.Juni 2006; 60/819,442, eingereicht am 07.Juli 2006; und 60/831,034, eingereicht am 14.Juli 2006.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Gaserzeugungssysteme und insbesondere ein pyrotechnisches Gaserzeugungssystem, welches gespeichertes Gas zum Aufblasen eines aufblasbaren Insassenschutzsystems in Kraftfahrzeugen enthält, wie zum Beispiel eines Airbags.

Die Verwendung von Gaserzeugungssystemen, welche einen Gasgenerator (oder Hybridgenerator) enthalten, der geeignet ist, ein aufblasbares Insassenschutzsystem, wie zum Beispiel einen Airbag, aufzublähen, um einen Fahrzeuginsassen im Falle eines Zusammenstosses zurückzuhalten und zu schützen, ist bekannt. Ein Problem von Gaserzeugungssystemen zum Aufblasen von Airbags ist die Bereitstellung von ausreichend viel Gas, um den Sack über eine längere Zeit aufgebläht zu halten. In einigen bestehenden Gasgeneratorausführungen kann, nach einer relativ zügigen initialen Gaserzeugung und Aufblähung des Airbags auf ein gewünschtes Volumen und einen gewünschten Druck, Gas aus dem Sack entweichen oder austreten, somit wird eine ausreichende Aufblähung des Sacks nur für eine relativ kurze Zeitspanne aufrechterhalten. Allerdings erfordern einige Anwendungen, dass der Airbag über eine relativ längere Zeitspanne in einem ausreichend aufgeblähten Zustand gehalten wird.

Zusätzlich ist es wünschenswert, die Füllgase so effizient wie möglich zu erzeugen und zu verteilen. Allerdings führen, in einigen Ausführungen, die relativ niedrigen Temperaturen bei denen das Füllgas gelagert und eingesetzt wird, zu einer beschränkten Ausdehnung des gelagerten Gases und dadurch zu einer Verminderung der Effizienz des Gaserzeugungssystems.

Zusätzlich stehen in einigen Gaserzeugungssystemen, bei denen sowohl die Verbrennung von Gaserzeugungsmittel, als auch die Freisetzung von gelagertem Gas zum Einsatz kommen, um einem aufblasbaren Fahrzeuginsassenschutzsystem die Füllgase bereitzustellen, das Gaserzeugungsmittel und das gelagerte Gas vor Zündung des Gaserzeugungsmittels typischer Weise nicht in einer Fluidkommunikation. Folglich ist das Gaserzeugungsmittel dem hohen Druck nicht ausgesetzt, der durch das gelagerte Füllgas erzeugt wird. Der relativ geringe Druck bei dem das Gaserzeugungsmittel gelagert wird, beschränkt die Auswahl an Gaserzeugungsmitteln auf Verbindungen, die bei relativ niedrigen Drücken effizient verbrennen. Dies schließt den Einsatz von alternativen (möglicherweise weniger teuren) Gaserzeugungsmitteln aus, die bei höheren Drücken effizient verbrennen würden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gaserzeugungssystem bereit gestellt, welches ein erstes Gehäuse, enthaltend ein Gas, umfasst und ein zweites Gehäuse, das ein Gaserzeugungsmaterial beinhaltet. Das zweite Gehäuse ist operativ mit dem ersten Gehäuse verbunden, so dass eine Fluidkommunikation zwischen erstem Gehäuse und zweitem Gehäuse möglich ist. Nach Aktivierung des Gaserzeugungssystems strömt das Gas aus dem ersten Gehäuse in das zweite Gehäuse bevor es das System verlässt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen, die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen, zeigt:

1 die Seitenansicht eines Querschnitts eines Gaserzeugungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

2 die Seitenansicht eines Querschnitts eines Gaserzeugungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

3 die Seitenansicht eines Querschnitts eines Gaserzeugungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

4A eine Querschnittsansicht eines Teils des Gaserzeugungssystems dargestellt in 3, wobei eine erste Gaserzeugungsmittelgehäuseverschlussmethode gezeigt ist.

4B eine Querschnittsansicht eines Teils des Gaserzeugungssystems dargestellt in 3, wobei eine zweite Gaserzeugungsmittelgehäuseverschlussmethode gezeigt ist.

5 eine Querschnittsansicht eines Gaserzeugungssystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

6 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeuginsassenschutzsystems, welches eine Ausführungsform eines Gaserzeugungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

1 zeigt ein Gaserzeugungssystem 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Gaserzeugungssystem umfasst im Allgemeinen ein erstes Gehäuse enthaltend ein Gas und ein zweites Gehäuse, welches ein Gaserzeugungsmaterial beinhaltet. In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, ist das erste Gehäuse ein Druckbehälter 12 und das zweite Gehäuse ist ein Gaserzeugungsmittelgehäuse 22 (weiter unten in größerem Detail beschrieben)zur Aufnahme eines Gaserzeugungsmaterials darin. In der dargestellten Ausführungsform ist der Behälter 12 ein länglicher, im Wesentlichen zylindrischer metallischer Körper, wie er zum Beispiel aus dem Stand der Technik bekannt ist. Es versteht sich hingegen, dass alternative Druckbehälterkörpertypen und Ausführungen verwendet werden können, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Behälter 12 hat eine longitudinale Zentralachse A, eine Öffnung 60 ausgebildet an einem ersten Ende 12a des Behälters 12 und eine Öffnung 62 ausgebildet an einem zweiten Ende 12b des Behälters. Der Druckbehälter kann zum Beispiel extrudiert sein oder anderweitig aus Metall geformt und kann aus unlegiertem Stahl oder Edelstahl gefertigt sein. Der Behälter 12 ist mit einem inerten Gas gefüllt.

Ein Zünder 18 ist derart an dem Druckbehälter angebracht, dass eine Fluidkommunikation mit einem Innenraum des Gaserzeugungsmittelgehäuses 22 ermöglicht ist. In der gezeigten Ausführungsform ist der Zünder 18 in eine Zündkappenanordnung 16 inkorporiert, welche einen Zünder 18 und eine Endkappe 20 enthält. Die Zündkappenanordnung 16 ist entlang der Zentralachse A angeordnet, um die Öffnung 60 zu verschließen, mit der der Druckbehälter 12 versehen ist. Die Endkappe 20 enthält eine darin eingeformte Öffnung 20a, um die Fluidkommunikation zwischen Zünder 18 und dem Inneren des Gehäuses 22 bei Betätigung des Gaserzeugungssystems zu ermöglichen. Der Zünder 18 kann in im Stand der Technik bekannter Weise ausgestaltet sein. Eine beispielhafte Zünderkonstruktion ist im U.S. Patent Nr. 6,009,809 beschrieben, welches hiermit durch Bezugnahme inkorporiert ist. Die Kappe 20 kann gestanzt, gepresst, gegossen, geformt oder anderweitig aus unlegiertem Stahl, Edelstahl, einem Polymermaterial oder jedem anderen geeigneten Material gebildet sein. Die Kappe 20 ist angeschweißt, eingespannt oder anderweitig in geeigneter Weise an dem Druckbehälter 12 in einer Weise befestigt, die einen gasdichten Abschluss zwischen der Kappe 20 und dem Behälter 12 gewährleistet.

Ein zerbrechbarer, fluiddichter Verschluss, wie zum Beispiel eine Berstscheibe 30, ist so angebracht, dass die Öffnung 20a in der Endkappe 20 verschlossen wird. Die Scheibe 30 bildet eine druckdichte Barriere zwischen dem Inneren der Endkappe 20 und dem Inneren des Gehäuses 22. Verschiedene Scheiben, Folien, Filme, etc können als Berstscheibe 30 verwendet werden. Zum Beispiel können Scheiben verwendet werden, die hergestellt sind aus Materialien und/oder Strukturen aufweisen, die relativ mehr oder weniger zerbrechlich sind.

Wieder Bezug nehmend auf 1, wird ein Gaserzeugungsmittelgehäuse 22 bereit gestellt, für die Aufnahme eines Gaserzeugungsmaterials 14 und, um ein longitudinales Fortschreiten der Gaserzeugungsmittelverbrennung zu ermöglichen. Das Gehäuse 22 ist operativ derart mit dem Druckbehälter 12 verbunden, dass eine Fluidkommunikation zwischen Gehäuse 22 und Druckbehälter 12 gewährleistet ist. Das Gehäuse 22 ist länglich und im Wesentlichen zylindrisch und weist ein erstes Ende 22a, ein zweites Ende 22b und einen Innenraum 22c zur Aufnahme von Gaserzeugungsmittel 14 auf. In der Ausführungsform dargestellt in 1, ist das Gehäuse 22 definiert durch die Zündkappenanordnung 16, ein Rohr 22, welches sich im Wesentlichen über die ganze Länge des Druckbehälters 12 erstreckt und einen Deckel 15 (unten beschrieben), der am zweiten Ende 22b des Gehäuses angebracht ist, um ein offenes Ende des Rohres 23 zu bedecken. Jedoch kommen auch alternative Formen und Strukturen des Gaserzeugungsmittelgehäuses in Betracht. Das Rohr 23 kann hergestellt sein, zum Beispiel durch Extrudieren oder durch Rollbiegung des Rohrs aus Metallblättern und anschließender Perforation des Rohrs. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Rohr 23 ein einheitliches Rohr. Jedoch kommt auch die Verwendung eines Rohres in Betracht, das aus mehreren Teilen zusammen gesetzt ist.

Das Gehäuse 22 beinhaltet auch eine Öffnung 22d die daran längsseits ausgebildet ist, so dass eine Fluidkommunikation zwischen dem Gehäuse und dem Inneren des Behälters 12, außerhalb des Gehäuses 22, ermöglicht ist, wodurch der Durchtritt von im Behälter 12 gelagerten Gas in das Gehäuse 22 ermöglicht wird. In einer besonderen Ausführungsform ist die Öffnung 22d eine Messeinrichtung, die so dimensioniert ist, dass bei Betätigung des Gaserzeugungssystems eine vorbestimmte Flussrate von gelagertem Gas in das Gehäuse 22 erreicht wird. In der in 1 dargestellten Ausführungsform, ist die Öffnung 22d in das Rohr 23 eingeformt. Mindestens eine Öffnung befindet sich auch entlang des Gehäuses, um eine Fluidkommunikation zwischen dem Gehäuseinneren und einer Außenseite des Gaserzeugungssystems zu ermöglichen. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist diese Öffnung in der Form einer Öffnung 72 im Deckel 15 angebracht, über einer Öffnung 22e an einem Ende des Rohrs 23.

Das Gehäuse 22 ist in dem Behälter 12 derart angebracht, dass es sich entlang der Zentralachse A des Druckbehälters erstreckt. Das erste Ende 22a ist derart positioniert, dass eine Fluidkommunikation zwischen dem Zünder 18 und dem Gehäuse 22 ermöglicht ist. Das zweite Ende des Gehäuses 22b ist so an das zweite Ende des Druckbehälters 12b positioniert und angebracht, dass eine Fluidkommunikation zwischen dem Gehäuse und einer Außenseite des Gaserzeugungssystems, bei Versagen eines zerbrechbaren Bauteils 31 (unten im Detail beschrieben), ermöglicht wird, das so an die Öffnung 72 des Deckels 15 angebracht ist, dass es einen gasdichten Verschluss bildet.

Wieder Bezug nehmend auf 1, ist das Gaserzeugungsmaterial 14 im Gaserzeugungsmittelgehäuse 22 platziert. In der in 1 gezeigten Ausführungsform, ist das Gaserzeugungsmittel 14 in Tabletten- oder Granulatform. Jedoch kommen auch andere Formen oder Ausprägungen fester Gaserzeugungsmittel in Betracht. Es wurde gefunden, dass die Gaserzeugungsausführungen, die hierin beschrieben sind, am meisten bevorzugt mit einer Gaserzeugungsmittelkomposition arbeiten, die eine hohe Gasausbeute, geringe Feststoffproduktion aufweisen, wie zum Beispiel eine „rauchfreie" Gaserzeugungsmittelzusammensetzung. Solche Gaserzeugungsmittelzusammensetzungen sind beispielhaft durch die in den U.S. Patenten Nr. 6,210,505 und 5,872,329 beschriebenen Zusammensetzungen und Verfahren angegeben und durch Bezugnahme hierin inkorporiert, aber nicht auf diese beschränkt. Wie hierin verwendet, soll der Begriff „rauchfrei" im allgemeinen verstanden werden, dass er solche Treibmittel meint, welche in der Lage sind, bei Verbrennung zu mindestens etwa 85% gasförmigem Produkt zu führen und bevorzugt zu cirka 90% gasförmigem Produkt, bezogen auf die gesamte Produktmasse; und, als logische Konsequenz, zu nicht mehr als etwa 15% festen Produkten und vorzugsweise zu etwa 10% festen Produkten, bezogen auf die gesamte Produktmasse. Das U.S. Patent Nr. 6,210,505 offenbart verschiedene hohe nicht-azid Stickstoffgaszusammensetzungen, welche ein Nichtmetallsalz von Triazol – oder Tetrazol-Brennstoff enthalten, phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat (PSAN) als ein primäres Oxidationsmittel, ein metallisches zweites Oxidationsmittel und eine inerte Komponente, wie zum Beispiel Ton oder Glimmer. Das U.S. Patent Nr. 5,872,329 offenbart verschiedene hohe nicht-azide Stickstoffgaszusammensetzungen, welche ein Aminsalz von Triazol- oder Tetrazol-Brennstoff enthalten und phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat (PSAN) als Oxidationsmittel.

Da das feste Gaserzeugungsmittel 14 im Druckbehälter 12 enthalten ist und in kontinuierlichem Fluidkontakt oder – kommunikation (via Öffnung 22d) mit dem Hochdruckgas steht, welches in dem Druckbehälter gelagert ist, sind sofort nach Auslösen des Gaserzeugungsmittels optimale Verbrennungsbedingungen vorhanden. Unter diesen Bedingungen, ist es anzunehmen, dass feste Gaserzeugungsmittel, die bei Umgebungsdruck effizient verbrennen, bei den relativ höheren Drücken im Druckbehälter mit erhöhter Geschwindigkeit effizient verbrennen. Aus diesem Grund können diese Gaserzeugungsmittel besonders nützlich sein, um die schnellen Gaserzeugungsmittelverbrennungsraten zu erreichen, die in der vorliegenden Erfindung gewünscht sind.

Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Verhältnisse von Gaserzeugungsmittel zu gelagertem Gas im Gaserzeugungssystem variiert werden können, um vorgegebene Design- und Leistungsansprüche zu erreichen. Zum Beispiel kann das Aufblähen kleinerer Airbags oder eines Airbelts eine relativ geringere Menge an Füllgas benötigen, als größere Airbags. In diesem Fall kann die Masse an verwendetem Gaserzeugungsmittel entsprechend verringert werden. In ähnlicher Weise kann dort, wo eine relativ größere Menge an Füllgas erwünscht ist, die Masse an verwendetem Gaserzeugungsmittel entsprechend erhöht werden. Alternativ können sowohl die Menge an gelagertem Gas als auch die Menge an Gaserzeugungsmittel angepasst werden, um eine gewünschte Menge an Füllgas zu produzieren.

Wieder Bezug nehmend auf 1, kann ein Filter 29 in das Gaserzeugungssystem eingebaut werden, um Partikel aus dem Gas zu filtern, welches bei der Verbrennung des Gaserzeugungsmittels 14 entsteht. Im allgemeinen ist der Filter 29 entlang des Fluidflussweges positioniert, der sich zwischen dem Gaserzeugungsmittel 14 und der Gasaustrittsöffnung 72 erstreckt, welche im Gaserzeugungsmittelgehäuse 22 eingepasst ist. Der Filter kann innerhalb des Gaserzeugungsmittelverbrennungsgehäuses 22 angebracht sein. In der Ausführungsform, beispielsweise dargestellt in 1, ist der Filter im Gehäuse 22, benachbart zum Gaserzeugungsmittel 14, positioniert. Der Filter kann aus irgendeinem von verschiedenen Materialien (zum Beispiel ein Karbonfasernetz oder -folie) bestehen, welche im Stand der Technik zur Filterung von Gaserzeugungsmittelverbrennungsprodukten bekannt sind.

Bezug nehmend auf 1, ist der Deckel 15 am zweiten Gehäuseende 22b befestigt, so dass er ein offenes Ende des Rohrs 23 bedeckt. Der Deckel 15 hat eine oder mehrere Öffnungen 72 eingeformt, so dass eine Fluidkommunikation zwischen dem Inneren des Gehäuses 22 und dem Äußeren des Gaserzeugungssystems ermöglicht ist. Der Deckel 15 kann gestanzt, gegossen, geformt oder in anderer Weise aus unlegiertem Stahl, Edelstahl, einem Polymer oder irgendeinem anderen geeignetem Material hergestellt sein. Der Deckel 15 kann über dem zweiten Gehäuseende 22b durch jede geeignete Methode gesichert sein, zum Beispiel durch Anschweißen oder Anheften.

Um die Öffnung(en) 72 im Deckel 15 zu verschließen, ist ein zerbrechbarer, fluiddichter Verschluss, wie zum Beispiel eine Berstscheibe 31, angebracht. Die Berstscheibe 31 bildet eine fluiddichte Barriere zwischen dem Inneren des Gehäuses 22 und dem Äußeren des Gaserzeugungssystems. Verschiedene Scheiben, Folien, Filme, etc. können verwendet werden, um die Berstscheibe 31 zu bilden. Zum Beispiel können Scheiben verwendet werden, die aus einem Material gemacht sind oder Strukturen aufweisen, die relativ mehr oder weniger bereitwillig zerbrechen.

Der Druckbehälter 12 kann durch irgendeine von mehreren im Stand der Technik bekannten Methoden unter Druck gesetzt und verschlossen werden. Eine exemplarische Methode zum unter Druck setzen und Verschließen des Behälters 12, ist im U.S. Patent Nr. 6,488,310 beschrieben, welches hierin als Referenz einbezogen wird. Bei dieser Methode wird der Druckbehälter 12 durch ein kleines Loch beladen, welches in eine Nabe (nicht gezeigt) eingeformt ist, die in ein Ende des Druckbehälters eingelassen ist. Das Loch ist dann mittels einem Verschlussbolzen oder durch andere geeignete Mittel verschlossen.

Der Betrieb des Gaserzeugungssystems, wie in 1 dargestellt, wird nun besprochen. Nach dem Erhalt eines Signals von einem Unfallsensor, wird ein elektrisches Aktivierungssignal zum Zünder 18 gesendet, welches dadurch den Zünder auslöst. Die Verbrennungsprodukte des Zünders zerbrechen die Berstscheibe 30 und zünden das Gaserzeugungsmittel 14. Das Gehäuse 22 bildet also eine Verbrennungskammer zur Verbrennung des Gaserzeugungsmittels 14. Die Zündung des Gaserzeugungsmittels 14 führt zu einer relativ schnellen Erzeugung von Verbrennungsgasen im Inneren des Gehäuses 22, die den inneren Druck im Gehäuse 22 erhöhen. Der erhöhte Druck zerbricht Berstscheibe 31 an der Gasaustrittsöffnung 72, so dass die Verbrennungsprodukte durch den Filter 29 passieren und das Gaserzeugungssystem verlassen können, um. das assoziierte aufblasbare Element aufzublähen (zum Beispiel, ein aufblasbares Element eines Fahrzeuginsassenschutzsystems).

Wenn das Gaserzeugungsmittel verbraucht ist, sinkt der Druck in der Verbrennungskammer, und erlaubt dadurch dem Gas, welches in Behälter 22 gelagert ist, durch die Öffnung 22d in das Gehäuse 22 zu gelangen. Das gelagerte Gas fließt durch die erhitzte Verbrennungskammer 22c und den Filter 29, nimmt dabei Hitze von der Verbrennungskammer und dem Filter auf und dehnt sich aus auf seinem Weg durch die Gasaustrittsöffnung 72 in das aufblasbare Element des Fahrzeuginsassenschutzsystems.

Da sich das feste Gaserzeugungsmittel in dem Hochdruckgasdruckbehälter befindet und in kontinuierlichem Fluidkontakt oder -kommunikation mit dem Hochdruckgas steht, bestehen sofort bei Zündung beste Bedingungen für die Verbrennung des Gaserzeugungsmittels. Daher wird sich eine relativ schnellere Verbrennungsrate und Temperatur des Gaserzeugungsmittels 14 ergeben, als sonst für gewöhnlich stattfinden würde. Die hohe Verbrennungsrate und Temperatur des Gasverbrennungsmittels produzieren typischerweise eine Schockwelle und einen schnellen Druckanstieg im gelagerten Gas, welche die Berstscheibe 31 zerbrechen. Dementsprechend ist die Zeitspanne minimiert von der Aktivierung des Gaserzeugungssystems 10 bis zur Freisetzung und Verfügbarkeit von Gas für die Aufblähung eines aufblasbaren Gerätes. Auch, da das Gaserzeugungsmittel innerhalb des Druckbehälters positioniert und dem relativ hohen gelagerten Füllgasdruck ausgesetzt ist, ist die Verwendung von Gaserzeugungsmitteln ermöglicht, die bei höheren Drücken effizienter verbrennen. Zusätzlich macht die vorliegende Erfindung den Bedarf an einer separaten, verschlossenen Verbrennungskammer für das Gaserzeugungsmittel unnötig. Dies reduziert die Komplexität der Herstellung und die Kosten des Gaserzeugungssystems. Auch, sorgt der Fluss des gelagerten Gases durch die Dosieröffnung für einen Fluss des Gases in das aufblasbare Gerät über einen relativ verlängerten Zeitraum, so dass dadurch der Airbag über einen längeren Zeitraum aufgebläht bleibt. Außerdem, da das gelagerte Gas durch die heiße Verbrennungskammer und Filter fließt bevor es in das aufblasbare Gerät entweicht, wird das gelagerte Gas durch Mischung mit den Verbrennungsgasen erhitzt und auch durch Konvektion durch den Kontakt mit dem Gehäuse 22 und dem Filter 29. Die Ausdehnung des gelagerten Gases ist daher verstärkt, so dass die Effizienz des Gaserzeugungssystems erhöht wird. Auch ist die Erzeugung von ungewolltem Abfluss während der Gaserzeugungsmittelverbrennung auf Grund der hohen Temperatur und Druck der Gaserzeugungsmittelzündung und -verbrennung reduziert. Schließlich gibt es keinen Bedarf für einen Verschluss oder eine Berstscheibe, die die Öffnung 22d auf dem Gaserzeugungsmittelgehäuse 22 abdeckt.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform 310 eines Gaserzeugungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform in 2 ist strukturell und operational ähnlich zu der Ausführungsform dargestellt in 1. Das Gaserzeugungssystem 310 beinhaltet ein erstes Gehäuse in Form eines Druckbehälters 312. In der gezeigten Ausführungsform, ist der Behälter 312 ein länglicher, im Wesentlichen zylindrischer metallischer Körper, so wie er im Stand der Technik bestens bekannt ist. Es sollte allerdings zur Kenntnis genommen werden, dass alternative Behälterkörpertypen und -ausführungen eingesetzt werden können, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Behälter 312 hat eine longitudinale Zentralachse A1, eine Öffnung 360 an einem ersten Ende 312a des Gehäuses 312 und eine Öffnung 362 an einem zweiten Ende 312b des Gehäuses. Der Druckbehälter kann extrudiert oder anderweitig aus Metall gebildet sein und kann zum Beispiel aus unlegiertem Stahl oder Edelstahl hergestellt sein. Der Behälter 312 ist mit einem oxidierenden Gas gefüllt, zum Beispiel Stickstoffoxid.

Ein Zünder ist so an dem Druckbehälter befestigt, dass eine Fluidkommunikation mit einem Inneren eines Gaserzeugungsmittelgehäuses 322 (unten beschrieben) ermöglicht ist. In der dargestellten Ausführungsform, ist der Zünder 318 in eine Zündkappenanordnung 316 inkorporiert, die einen Zünder 318 und eine Endkappe 320 beinhaltet. Die Zündkappenanordnung 316 ist entlang der Zentralachse A1 positioniert, um eine Öffnung 360 zu verschließen, welche sich im Druckbehälter 312 befindet. Die Endkappe 320 beinhaltet eine Öffnung 320a, die darin eingeformt ist, um bei Aktivierung des Gaserzeugungssystems eine Fluidkommunikation zwischen Zünder 318 und dem Inneren des Gehäuses 322 zu ermöglichen. Der Zünder 318 kann in aus dem Stand der Technik bekannter Weise hergestellt werden. Ein beispielhafter Zünder ist im U.S. Patent Nr. 6,009,809 beschrieben, welches hierin als Referenz einbezogen wird. Die Kappe 320 kann gestanzt, extrudiert, gegossen, geformt oder sonst wie aus unlegiertem Stahl, Edelstahl, einem Polymermaterial oder irgendeinem anderen geeignetem Material hergestellt sein. Die Kappe 320 ist angeschweißt, angeklemmt oder sonst wie in geeigneter Weise an den Druckbehälter 312 angebracht in einer Weise, die geeignet ist einen gasdichten Verschluss zwischen der Kappe 320 und dem Behälter 312 sicherzustellen.

Ein zerbrechbarer, fluiddichter Verschluss, so wie zum Beispiel eine Berstscheibe 330, ist angebracht, um die Öffnung 320a in der Kappe 320 zu verschließen. Die Scheibe 330 bildet eine fluiddichte Barriere zwischen dem Inneren der Kappe 320 und dem Inneren des Gehäuses 322. Verschiedene Scheiben, Folien, Filme, etc. können als Berstscheibe 330 eingesetzt werden. Zum Beispiel können Scheiben eingesetzt werden, die aus Material hergestellt sind oder Strukturen aufweisen, die relativ mehr oder weniger schnell zerbrechen.

Wieder Bezug nehmend auf 2, wird ein Gaserzeugungsmittelgehäuse 322 bereitgestellt, um ein Gaserzeugungsmaterial 314 zu enthalten und um eine longitudinales Fortschreiten der Gaserzeugungsmittelverbrennung zu ermöglichen. Das Gehäuse 322 ist operativ so mit dem Druckbehälter 312 verbunden, dass eine Fluidkommunikation zwischen dem Gehäuse 322 und dem Druckbehälter 312 ermöglicht wird. Das Gehäuse 322 ist länglich und im Wesentlichen zylindrisch und weist ein erstes Ende 322a auf, ein zweites Ende 322b und ein Inneres 322c, um darin Gaserzeugungsmaterial 314 aufzunehmen.

In der in 2 gezeigten Ausführungsform, ist das Gehäuse 322 definiert durch die Zündkappenanordnung 316, ein Rohr 323, welches sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Druckbehälters 312 erstreckt, und einen Deckel 315 (unten beschrieben), der am zweiten Ende 322b des Gehäuses positioniert ist, um ein offenes Ende des Rohrs 323 zu bedecken. Jedoch kommen auch alternative Formen und Strukturen des Gaserzeugungsmittelgehäuses in Betracht. Das Rohr 323 kann hergestellt sein zum Beispiel durch Extrudieren oder durch Rollbiegung von Metallblättern und anschließender Perforation des Rohrs. In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das Rohr 323 ein einheitliches Rohr. Jedoch kommt auch die Verwendung eines Rohres in Betracht, das aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist.

Das Gehäuse 322 beinhaltet auch eine Öffnung 322d die daran längsseits ausgebildet ist, so dass eine Fluidkommunikation zwischen dem Gehäuse und dem Inneren des Behälters 312, außerhalb des Gehäuses 322, ermöglicht ist, wodurch der Durchtritt von im Behälter 312 gelagerten Gas in das Gehäuse 322 ermöglicht wird. In einer besonderen Ausführungsform ist die Öffnung 322d eine Messeinrichtung, die so dimensioniert ist, dass bei Betätigung des Gaserzeugungssystems eine vorbestimmte Flussrate von gelagertem Gas in das Gehäuse 322 erreicht wird. In der in 2 dargestellten Ausführungsform, ist die Öffnung 322d in das Rohr 23 eingeformt. Eine Öffnung befindet sich auch entlang des Gehäuses, um eine Fluidkommunikation zwischen dem Gehäuseinneren und einer Außenseite des Gaserzeugungssystems zu ermöglichen. In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist diese Öffnung in der Form einer Öffnung 372 im Deckel 315 angebracht, über einer Öffnung 322e an einem Ende des Rohrs 323. Das Gehäuse 322 ist in dem Behälter 312 so angebracht, dass es sich entlang der Zentralachse A1 des Druckbehälters erstreckt. Das erste Ende 322a ist so positioniert, dass eine Fluidkommunikation zwischen dem Zünder 318 und dem Gehäuse 322 ermöglicht ist. Das zweite Ende des Gehäuses 322b ist so an das zweite Ende des Druckbehälters 312b positioniert und angebracht, dass bei Zerbrechen eines zerbrechbaren Bauteils 331 (unten im Detail beschrieben), welches an die Öffnung 372 des Deckels 315 angebracht ist, eine Fluidkommunikation zwischen dem Gehäuse und einer Außenseite des Gaserzeugungssystems ermöglicht wird.

Wieder Bezug nehmend auf 2, ist das Gaserzeugungsmaterial 314 im Gaserzeugungsmittelgehäuse 322 platziert. In der in 2 gezeigten Ausführungsform, ist das Gaserzeugungsmittel 314 in Tabletten- oder Granulatform. Jedoch kommen auch andere Formen oder Ausprägungen fester Gaserzeugungsmittel in Betracht. Es wurde gefunden, dass die Gaserzeugungsausführungen, die hierin beschrieben sind, am meisten bevorzugt mit einer Gaserzeugungsmittelkomposition arbeiten, die eine hohe Gasausbeute, eine geringe Feststoffproduktion aufweisen, wie zum Beispiel eine „rauchfreie" Gaserzeugungsmittelzusammensetzung. Solche Gaserzeugungsmittelzusammensetzungen sind beispielhaft durch die in den U.S. Patenten Nr. 6,210,505 und 5,872,329 beschriebenen Zusammensetzungen und Verfahren angegeben und durch Bezugnahme hierin inkorporiert, aber nicht auf diese beschränkt. Wie hierin verwendet, soll der Begriff „rauchfrei" im allgemeinen so verstanden werden, dass er solche Treibmittel meint, welche in der Lage sind, bei Verbrennung zu mindestens etwa 85% gasförmigem Produkt zu führen und bevorzugt zu cirka 90% gasförmigem Produkt, bezogen auf die gesamte Produktmasse; und, als logische Konsequenz, zu nicht mehr als etwa 15% festen Produkten und vorzugsweise zu etwa 10% festen Produkten, bezogen auf die gesamte Produktmasse. Das U.S. Patent Nr. 6,210,505 offenbart verschiedene hohe nicht-azide Stickstoffgaszusammensetzungen, welche ein Nichtmetallsalz von Triazol- oder Tetrazol-Brennstoff enthalten, phasenststabilisiertes Ammoniumnitrat (PSAN) als ein primäres Oxidationsmittel, ein metallisches zweites Oxidationsmittel und eine inerte Komponente, wie zum Beispiel Ton oder Glimmer. Das U.S. Patent Nr. 5,872,329 offenbart verschiedene hohe nicht-azide Stickstoffgaszusammensetzungen, welche ein Aminsalz von Triazol- oder Tetrazol-Brennstoff enthalten und phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat (PSAN) als Oxidationsmittel.

Da das feste Gaserzeugungsmittel 314 im Druckbehälter 312 enthalten ist und in kontinuierlichem Fluidkontakt oder – kommunikation mit dem Hochdruckgas steht, welches in dem Druckbehälter gelagert ist, sind optimale Verbrennungsbedingungen sofort nach Zünden des Gaserzeugungsmittels vorhanden. Unter diesen Bedingungen, ist es anzunehmen, dass feste Gaserzeugungsmittel, die bei Umgebungsdruck effizient verbrennen, bei den relativ höheren Drücken im Druckbehälter mit erhöhter Geschwindigkeit effizient verbrennen. Aus diesem Grund können diese Gaserzeugungsmittel besonders nützlich sein, um schnelle Gaserzeugungsmittelverbrennungsraten der vorliegenden Erfindung zu erreichen.

In der in 2 gezeigten Ausführungsform befindet sich ein zweites Gaserzeugungsmaterial im Gaserzeugungsmittelgehäuse 322. In einer besonderen Ausführungsform besteht das zweite Gaserzeugungsmaterial aus einem bekannten festen Brennstoffgranulat 390 (zum Beispiel eine Plastikzusammensetzung, eine Polymerzusammensetzung oder andere feste Brennstoffgranulate), welcher in dem Gehäuse 322 benachbart zu dem Gaserzeugungsmittel 314 positioniert ist, entlang einem Fluidflussweg, der sich zwischen dem ersten Gaserzeugungsmittel 314 und der Öffnung 372, die in das Gehäuse 322 eingeformt ist, erstreckt. Das Granulat 390 hat eine ringförmige Struktur, um Gasen aus der Verbrennung von Gaserzeugungsmittel 314 zu ermöglichen hindurch zu strömen, zu einem Filter 329 (unten beschrieben) und aus dem Gaserzeugungssystem heraus via der Öffnung 372, um einen aufblasbaren Gegenstand aufzublähen. Zusätzlich erlaubt die ringförmige Struktur des Granulats 390 eine im Wesentlichen gleichförmige Erwärmung des Granulats durch die Verbrennungsgase.

Das Brennstoffgranulat 390 kann jeden Brennstoff umfassen, der in bekannter Weise hergestellt ist. Geeignete Gaserzeugungsmittelzusammensetzungen sind zum Beispiel in der ebenfalls anhängigen U.S. Patentanmeldung des Anmelders mit der Seriennummer Nr. 09/664,130 offenbart, die hierin als Referenz einbezogen ist. Ebenso, beinhalten andere geeignete Gaserzeugungsmittel, welche hierin durch Referenz einbezogen werden sollen, solche, die in U.S. Patenten mit den Nummern 5,035,757, 6,210,505 und 5,872,329 offenbart sind, die hierin ebenfalls als Referenz einbezogen sind, sind aber nicht auf solche beschränkt. Außerdem sind andere geeignete Formen von Brennstoffzusammensetzungen in Betracht gezogen, zur Einlagerung in das Gaserzeugungsmittelgehäuse 322, zusammen mit dem Gaserzeugungsmaterial 314.

Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Verhältnisse von Gaserzeugungsmittel zu gelagertem Gas im Gaserzeugungssystem variiert werden können, um vorgegebene Design- und Leistungsansprüche zu erreichen. Zum Beispiel kann das Aufblähen kleinerer Airbags oder eines Airbelts eine relativ geringere Menge an Füllgas benötigen, als größere Airbags. In diesem Fall kann die Masse an verwendetem Gaserzeugungsmittel entsprechend verringert werden. In ähnlicher Weise kann dort, wo eine relativ größere Menge an Füllgas erwünscht ist, die Masse an verwendetem Gaserzeugungsmittel entsprechend erhöht werden. Alternativ können sowohl die Menge an gelagertem Gas als auch die Menge an Gaserzeugungsmittel angepasst werden, um eine gewünschte Menge an Füllgas zu produzieren.

Ein Filter 329 kann in das Gaserzeugungssystem eingebaut werden, um Partikel aus dem Gas zu filtern, welches bei der Verbrennung des Gaserzeugungsmittels 314 entsteht. Im allgemeinen ist der Filter 329 im Gaserzeugungsmittelgehäuse entlang dem Fluidflussweg positioniert, der sich zwischen dem Gaserzeugungsmaterial 314 und der Gasaustrittsöffnung 72 erstreckt, welche im Gaserzeugungsmittelgehäuse eingepasst ist. Der Filter kann innerhalb des Gaserzeugungsmittelgehäuses 322 angebracht sein. In der Ausführungsform dargestellt in 2 zum Beispiel, ist der Filter im Gehäuse 322 benachbart zum zweiten Treibstoffmaterial 390 positioniert. Der Filter kann aus irgendeinem von verschiedenen Materialien (zum Beispiel ein Karbonfasernetz oder -folie) bestehen, welche im Stand der Technik bekannt sind zur Filterung von Gaserzeugungsmittelverbrennungsprodukten.

Bezug nehmend auf 2, ist der Deckel 315 am zweiten Gehäuseende 322b befestigt, so dass er ein offenes Ende des Rohrs 323 abdeckt. Der Deckel hat eine oder mehrere Öffnungen 372 eingeformt, so dass eine Fluidkommunikation zwischen dem Inneren des Gehäuses 322 und dem Äußeren des Gaserzeugungssystems ermöglicht ist. Der Deckel 315 kann gestanzt, gegossen, geformt oder sonst wie ausgebildet und aus unlegiertem Stahl, Edelstahl, einem Polymer oder irgendeinem anderen geeignetem Material hergestellt sein. Der Deckel 315 kann über dem zweiten Gehäuseende 322b durch jede geeignete Methode gesichert sein, zum Beispiel durch Anschweißen oder Anheften.

Um die Öffnung 372 im Deckel 315 zu verschließen, ist ein zerbrechbarer, fluiddichter Verschluss, wie zum Beispiel eine Berstscheibe 331, angebracht. Die Berstscheibe 331 bildet eine fluiddichte Barriere zwischen dem Inneren des Gehäuses 322 und dem Äußeren des Gaserzeugungssystems. Verschiedene Scheiben, Folien, Filme, etc. können verwendet werden, um die Berstscheibe 331 zu bilden. Zum Beispiel können Scheiben verwendet werden, die aus einem Material gemacht sind oder Strukturen aufweisen, die relativ mehr oder weniger bereitwillig zerbrechen.

Der Druckbehälter 312 kann durch irgendeine von mehreren im Stand der Technik bekannten Methoden unter Druck gesetzt und verschlossen werden. Eine exemplarische Methode zum unter Druck setzen und Verschließen des Behälters 312, ist im U.S. Patent Nr. 6,488,310 beschrieben, welches hierin als Referenz einbezogen wird. Bei dieser Methode wird der Druckbehälter 312 durch ein kleines Loch beladen, welches in eine Nabe (nicht gezeigt) eingeformt ist, die in ein Ende des Druckbehälters eingelassen ist. Das Loch ist dann mittels einem Verschlussbolzen oder durch andere geeignete Mittel verschlossen.

Der Betrieb des Gaserzeugungssystems wie in 2 dargestellt wird nun besprochen. Auf den Erhalt eines Signals von einem Unfallsensor hin, wird ein elektrisches Aktivierungssignal zum Zünder 318 gesendet, welches dadurch den Zünder auslöst. Verbrennungsprodukte des Zünders zerbrechen die Berstscheibe 330 und zünden das Gaserzeugungsmittel 314. Das Gehäuse 322 bildet also eine Verbrennungskammer zur Verbrennung des Gaserzeugungsmittels 314. Die Zündung des Gaserzeugungsmaterials 314 führt zu einer relativ schnellen Erzeugung von Verbrennungsgasen im Inneren des Gehäuses 322, die den inneren Druck im Gehäuse 322 erhöht. Der erhöhte Druck zerbricht die Berstscheibe 331 an der Gasaustrittsöffnung 372, so dass die Verbrennungsprodukte durch den Filter 329 passieren und das Gaserzeugungssystem verlassen können, um das assoziierte aufblasbare Element, zum Beispiel eines Fahrzeuginsassenschutzsystems, aufzublähen.

Ist das Gaserzeugungsmittel verbraucht, fällt der Druck in der Verbrennungskammer, wobei es dem gelagerten Oxidierungsgas ermöglicht wird, durch die Öffnung 322d in das Gehäuse 322 zu gelangen. Die Wärme der Verbrennung des Gaserzeugungsmaterials 314 und die Strömung des Oxidierungsgases bewirken eine Verbrennung des festen Brennstoffgranulats 390. Das gelagerte Gas strömt durch die erhitzte Verbrennungskammer 322c und den Filter 329, nimmt dabei Wärme der Verbrennungskammer und des Filters auf und dehnt sich auf seinem Weg durch die Gasaustrittsöffnung 372 in das aufblasbare Element des Fahrzeuginsassenschutzsystems aus. Zusätzlich zu den Verbrennungsprodukten des Gaserzeugungsmittels 314 und dem gelagerten Oxidierungsgas, tragen auch die Verbrennungsprodukte des festen Brennstoffgranulats 390 dazu bei, den aufblasbaren Gegenstand aufzublähen. Die Verbrennung des festen Brennstoffgranulats setzt sich fort, bis das Granulat verbraucht ist oder bis die Versorgung mit Oxidierungsgas verbraucht ist.

Da das feste Gaserzeugungsmittel 314 sich in dem Hochdruckgasdruckbehälter befindet und in kontinuierlichem Fluidkontakt oder -kommunikation mit dem Hochdruckgas steht, bestehen sofort bei Zündung beste Bedingungen für die Verbrennung des Gaserzeugungsmittels. Daher wird sich eine relativ schnellere Verbrennungsrate und Temperatur des Gaserzeugungsmittels 314 ergeben, als sonst für gewöhnlich stattfinden würde. Die hohe Verbrennungsrate und Temperatur des Gaserzeugungsmaterials produzieren typischerweise eine Schockwelle und einen schnellen Druckanstieg des gelagerten Gases, die die Berstscheibe 331 zerbrechen. Dementsprechend ist die Zeitspanne minimiert von der Zündung/Aktivierung des Gaserzeugungssystems 310 bis zur Freisetzung und Verfügbarkeit von Gas für die Aufblähung eines aufblasbaren Gerätes. Auch, da das Gaserzeugungsmittel innerhalb des Druckbehälters positioniert und dem relativ hohen Druck des gelagerten Füllgases ausgesetzt ist, ist die Verwendung von Gaserzeugungsmitteln ermöglicht, die bei höheren Drücken effizienter verbrennen. Zusätzlich macht die vorliegende Erfindung den Bedarf an einer separaten, verschlossenen Verbrennungskammer für das Gaserzeugungsmittel unnötig. Dies reduziert die Komplexität der Herstellung und die Kosten des Gaserzeugungssystems. Auch, sorgt der Fluss des gelagerten Gases durch die Dosieröffnung für einen Fluss des Gases in das aufblasbare Gerät über einen relativ verlängerten Zeitraum, so dass dadurch das aufblasbare Gerät über einen längeren Zeitraum aufgebläht bleibt. Zusätzlich, da das gelagerte Gas durch die heiße Verbrennungskammer und den Filter strömt, bevor es in das aufblasbare Gerät entweicht, wird das gelagerte Gas erhitzt durch Mischung mit den Verbrennungsgasen und auch durch Konvektion durch den Kontakt mit dem Gehäuse 322 und dem Filter 329. Die Ausdehnung des gelagerten Gases ist daher verstärkt, so dass die Effizienz des Gaserzeugungssystems erhöht wird. Auch, ist die Erzeugung von ungewolltem Abfluss während der Gaserzeugungsmittelverbrennung reduziert, auf Grund der hohen Temperatur und Druck der Gaserzeugungsmittelzündung und -verbrennung. Außerdem gibt es keinen Bedarf für einen Verschluß oder eine Berstscheibe, der die Öffnung 322d an dem Gaserzeugungsmittelgehäuse 322 abdeckt. Schließlich, da das gelagerte Gas ein Oxidierungsgas ist, welches der Verbrennung des festen Brennstoffgranulats dient, ist die Effizienz des Gaserzeugungsprozesses insgesamt erhöht und steuert die Verbrennung des festen Granulats zusätzliches Gas zur aufblasbaren Vorrichtung bei.

3, 4 und 4A zeigen noch eine weitere Ausführungsform 410 eines Gaserzeugungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Die in 3, 4A und 4B dargestellte Ausführungsform ist strukturell und operational ähnlich zu den Ausführungsformen, die in 1 und 2 gezeigt sind. Das Gaserzeugungssystem 410 enthält ein erstes Gehäuse in Form eines Druckbehälters 412. In der dargestellten Ausführungsform ist der Behälter 412 ein länglicher, im Wesentlichen zylindrischer metallischer Körper, so wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Es sollte jedoch zur Kenntnis genommen werden, dass alternative Behälterkörpertypen und -designs verwendet werden können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzurücken. Der Behälter 412 hat eine longitudinale Zentralachse A2 und eine Öffnung 460 an einem ersten Ende 412a des Behälters 412. Eine oder mehrere Gasaustrittsöffnungen 462 sind an einem zweiten Ende 412b des Behälters ausgebildet, um eine Fluidkommunikation zwischen einem Inneren des Behälters 412 und einem Äußeren des Behälters zu ermöglichen. Die Öffnungen 462 können, während der Herstellung des Behälters, integral mit dem Behälter ausgeformt sein oder die Öffnungen können in ein separates Stück eingearbeitet sein, welches an den Behälter 412 angebracht ist. Der Druckbehälter kann extrudiert, rollgebogen oder anderweitig aus Metall geformt sein und kann zum Beispiel aus unlegiertem Stahl oder Edelstahl bestehen. Die Löcher 462 können gebohrt, gestanzt oder anderweitig in den fertigen Behälter eingeformt werden.

Ein Zünder 418 ist so am Druckbehälter befestigt, dass eine Fluidkommunikation mit einem Inneren des Gaserzeugungsmittelgehäuses 422 (unten beschrieben) ermöglicht ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der Zünder 418 in eine Zündkappenanordnung 416 inkorporiert, die einen Zünder 418 und eine Endkappe 420 beinhaltet. Die Zündkappenanordnung 416 ist entlang der Zentralachse A2 angeordnet, um die Öffnung 460 zu verschließen, mit der der Druckbehälter 412 versehen ist. Die Endkappe 420 enthält eine darin eingeformte Öffnung 420a, um die Fluidkommunikation zwischen Zünder 418 und dem Inneren des Gehäuses 422 bei Betätigung des Gaserzeugungssystems zu ermöglichen. Der Zünder 418 kann in im Stand der Technik bekannter Weise ausgestaltet sein. Eine beispielhafte Zünderkonstruktion ist im U.S. Patent Nr. 6,009,809 beschrieben, welches hiermit durch Bezugnahme inkorporiert ist. Die Kappe 420 kann gestanzt, gepresst, gegossen, geformt oder anderweitig aus unlegiertem Stahl, Edelstahl, einem Polymermaterial oder jedem anderen geeigneten Material gebildet sein. Die Kappe 420 ist angeschweißt, eingespannt oder anderweitig in geeigneter Weise an dem Druckbehälter 412 in einer Weise befestigt, die einen gasdichten Abschluss zwischen der Kappe 420 und dem Behälter 412 gewährleistet.

Wieder Bezug nehmend auf 3, wird ein Gaserzeugungsmittelgehäuse 422 bereitgestellt, um ein Gaserzeugungsmaterial 414 zu enthalten und um ein longitudinales Fortschreiten der Gaserzeugungsmittelverbrennung zu ermöglichen. Das Gehäuse 422 ist operativ so mit dem Druckbehälter 412 verbunden, dass eine Fluidkommunikation zwischen dem Gehäuse 422 und dem Druckbehälter 412 ermöglicht wird. Das Gehäuse 422 ist länglich und im Wesentlichen zylindrisch und weist ein erstes Ende 422a auf, ein zweites Ende 422b und ein Inneres 422c, um darin Gaserzeugungsmaterial 414 aufzunehmen.

In der Ausführungsform dargestellt in 3, ist das Gehäuse 422 definiert durch die Zündkappenanordnung 416, ein Rohr 422, welches sich im Wesentlichen über die ganze Länge des Druckbehälters 412 erstreckt und einen Deckel 415 (unten beschrieben), der am zweiten Ende 422b des Gehäuses angebracht ist, um ein offenes Ende des Rohres 423 zu bedecken. Jedoch kommen auch alternative Formen und Strukturen des Gaserzeugungsmittelgehäuses in Betracht. Das Rohr 423 kann zum Beispiel durch Extrudieren oder durch Rollbiegung des Rohrs aus Metallblättern und anschließender Perforation des Rohrs hergestellt sein. In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist das Rohr 423 ein einheitliches Rohr. Jedoch kommt auch die Verwendung eines Rohres in Betracht, das aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist.

Das Gehäuse 422 beinhaltet auch eine Öffnung 422d die daran längsseits ausgebildet ist, so dass eine Fluidkommunikation zwischen dem Gehäuse und dem Inneren des Behälters 412, außerhalb des Gehäuses 422, ermöglicht ist, wodurch der Durchtritt von im Behälter 412 gelagerten Gasen in das Gehäuse 422 ermöglicht wird. In einer besonderen Ausführungsform ist die Öffnung 422d eine Messeinrichtung, die so dimensioniert ist, dass bei Betätigung des Gaserzeugungssystems eine vorbestimmte Flussrate von gelagertem Gas in das Gehäuse 422 erreicht wird. In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist die Öffnung 422d in das Rohr 423 eingeformt.

Das Gehäuse 422 ist in dem Behälter 412 derart angebracht, dass es sich entlang der Zentralachse A2 des Druckbehälters erstreckt. Das erste Ende 422a ist so positioniert, dass eine Fluidkommunikation zwischen dem Zünder 418 und dem Gehäuse 422 ermöglicht ist. Das zweite Ende des Gehäuses 422b ist so an das zweite Ende des Druckbehälters 412b positioniert und angebracht, dass, bei Aktivierung des Gaserzeugungssystems, eine Fluidkommunikation zwischen dem Gehäuse und der Gasaustrittsöffnung 462 ermöglicht wird, welche in den Behälter 412 eingeformt ist.

Wieder Bezug nehmend auf 3, ist das Gaserzeugungsmaterial 414 im Gaserzeugungsmittelgehäuse 422 platziert. In der in 3 gezeigten Ausführungsform, liegt das Gaserzeugungsmittel 414 in Tabletten- oder Granulatform vor. Jedoch kommen auch andere Formen oder Ausprägungen fester Gaserzeugungsmittel in Betracht. Es wurde gefunden, dass die Gaserzeugungsausführungen, die hierin beschrieben sind, am meisten bevorzugt mit einer Gaserzeugungsmittelkomposition arbeiten, die eine hohe Gasausbeute, eine geringe Feststoffproduktion aufweisen, wie zum Beispiel eine „rauchfreie" Gaserzeugungsmittelzusammensetzung. Solche Gaserzeugungsmittelzusammensetzungen sind beispielhaft durch die in den U.S. Patenten Nr. 6,210,505 und 5,872,329 beschriebenen Zusammensetzungen und Verfahren angegeben und durch Bezugnahme hierin inkorporiert, aber nicht auf diese beschränkt. Wie hierin verwendet, soll der Begriff „rauchfrei" im allgemeinen so verstanden werden, dass er solche Treibmittel meint, welche in der Lage sind, bei Verbrennung zu mindestens etwa 85% gasförmigem Produkt zu führen und bevorzugt zu etwa 90% gasförmigem Produkt, bezogen auf die gesamte Produktmasses; und, als logische Konsequenz, zu nicht mehr als etwa 15% festen Produkten und vorzugsweise zu etwa 10% festen Produkten, bezogen auf die gesamte Produktmasse. Das U.S. Patent Nr. 6,210,505 offenbart verschiedene hohe nicht-azide Stickstoffgaszusammensetzungen, welche ein Nichtmetallsalz von Triazol- oder Tetrazol-Brennstoff enthalten, phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat (PSAN) als ein primäres Oxidationsmittel, ein metallisches zweites Oxidationsmittel und eine inerte Komponente, wie zum Beispiel Ton oder Glimmer. Das U.S. Patent Nr. 5,872,329 offenbart verschiedene hohe nicht-azide Stickstoffgaszusammensetzungen, welche ein Aminsalz von Triazol- oder Tetrazol-Brennstoff enthalten und phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat (PSAN) als Oxidationsmittel.

Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Verhältnisse von Gaserzeugungsmittel zu gelagertem Gas im Gaserzeugungssystem variiert werden können, um vorgegebene Design- und Leistungsansprüche zu erreichen. Zum Beispiel kann das Aufblähen kleinerer Airbags oder eines Airbelts eine relativ geringere Menge an Füllgas benötigen, als größere Airbags. In diesem Fall kann die Masse an verwendetem Gaserzeugungsmittel entsprechend verringert werden. In ähnlicher Weise kann dort, wo eine relativ größere Menge an Füllgas erwünscht ist, die Masse an verwendetem Gaserzeugungsmittel entsprechend erhöht werden. Alternativ können sowohl die Menge an gelagertem Gas als auch die Menge an Gaserzeugungsmittel angepasst werden, um eine gewünschte Menge an Füllgas zu produzieren.

Ein Filter 429 kann in das Gaserzeugungssystem eingebaut werden, um Partikel aus dem Gas zu filtern, welches bei der Verbrennung des Gaserzeugungsmittels 414 entsteht. Im allgemeinen ist der Filter 429 im zweiten Gehäuse, entlang dem Fluidflussweg positioniert, der sich zwischen dem Gaserzeugungsmittel und der Gasaustrittsöffnung 462 erstreckt, welche in den Druckbehälter 412 eingepasst ist. Der Filter kann innerhalb des Gaserzeugungsmittelverbrennungsgehäuses 422 angebracht sein. In der Ausführungsform dargestellt in 3 zum Beispiel, ist der Filter im Gehäuse 422 benachbart zum Gaserzeugungsmittel 414 positioniert. Der Filter kann aus irgendeinem von verschiedenen Materialien (zum Beispiel ein Karbonfasernetz oder -folie) bestehen, welche im Stand der Technik bekannt sind zur Filterung von Gaserzeugungsmittelverbrennungsprodukten.

Um die Öffnung 422d im Gehäuse 422 zu verschließen, ist ein fluiddichter Verschluss, wie zum Beispiel eine Berstscheibe 431, angebracht. Die Berstscheibe 431 bildet eine fluiddichte Barriere zwischen dem Inneren des Gehäuses 422 und dem gelagerten Gas im Druckbehälter 412. Verschiedene Scheiben, Folien, Filme, etc. können verwendet werden, um die Berstscheibe 31 zu bilden. Zum Beispiel können zerbrechbare Scheiben verwendet werden, die aus einem Material gemacht sind oder Strukturen aufweisen, die relativ mehr oder weniger bereitwillig zerbrechen. Die Scheibe 431 kann alternativ aus einem Polymermaterial hergestellt sein, welches schmelzbar ist, als Antwort auf die Hitze, die durch Verbrennung von Gaserzeugungsmittel 414 erzeugt wird. Wie hierin verwendet, meint der Begriff „schmelzbar", dazu im Stande zu sein zu schmelzen oder zu zerfließen.

In einer ersten besonderen Ausführungsform (siehe 4A), erweicht, während des Betriebs, die Hitze der Gaserzeugungsmittelverbrennung die Scheibe 431 bis zu einem Punkt an dem der Gasdruck die Scheibe zum Zerbrechen belastet, zum Beispiel während der Dekompression der Verbrennungskammer. In einer weiteren besonderen Ausführungsform (siehe 4B), ist eine Gaserzeugungsmittelpille 414a in der Öffnung 422d unter der Scheibe 431, als Stützelement, angebracht, um die Scheibe gegen einen Druck zu unterstützen, der von dem gelagerten Gas im ersten Gehäuse ausgeübt wird. Während der Verbrennung des Gaserzeugungsmittels, verbrennt die Pille 414a, entfernt damit die Unterstützung der Scheibe und ermöglicht den Zusammenbruch der Scheibe. Das Stützelement oder die Pille kann alternativ aus einem schmelzbaren Material hergestellt sein. Andere Arten des Zerbrechens der Scheibe kommen ebenso in Betracht.

Der Druckbehälter 412 kann durch irgendeine von mehreren im Stand der Technik bekannten Methoden unter Druck gesetzt und verschlossen werden. Eine exemplarische Methode zum unter Druck setzen und Verschließen des Behälters 412, ist im U.S. Patent Nr. 6,488,310 beschrieben, welches hierin als Referenz einbezogen wird. Bei dieser Methode wird der Druckbehälter 412 durch ein kleines Loch beladen, welches in eine Nabe (nicht gezeigt) eingeformt ist, die in ein Ende des Druckbehälters eingelassen ist. Das Loch ist dann mittels einem Verschlussbolzen oder durch andere geeignete Mittel verschlossen.

Der Betrieb des Gaserzeugungssystems wie in 3, 4A und 4B dargestellt, wird nun besprochen. Auf den Erhalt eines Signals von einem Unfallsensor hin, wird ein elektrisches Aktivierungssignal zum Zünder 418 gesendet, welches dadurch den Zünder auslöst. Verbrennungsprodukte des Zünders zünden das Gaserzeugungsmittel 414. Das Gehäuse 422 bildet somit eine Verbrennungskammer zur Verbrennung des Gaserzeugungsmittels 414. Die Zündung des Gaserzeugungsmittels 414 führt zu einer relativ schnellen Erzeugung von Verbrennungsgasen im Gehäuse 422, die den inneren Druck im Gehäuse 22 erhöhen und die Verbrennungsprodukte durch den Filter 29 zwingen und das Gaserzeugungssystem verlassen lassen, um das assoziierte aufblasbare Element aufzublähen, zum Beispiel, einen Airbag eines Fahrzeuginsassenschutzsystems.

Wie bereits bemerkt, weicht die Hitze der Gaserzeugungsmittelverbrennung in einer ersten besonderen Ausführungsform (4A) die Scheibe 431 bis zu einem Punkt auf, an dem der Gasdruck die Scheibe zum Zusammenbruch belastet, zum Beispiel während der Dekompression der Verbrennungskammer. In einer weiteren besonderen Ausführungsform (4B), verbrennt die Verbrennung der Pille 414a die Pille, entfernt damit die Unterstützung der Scheibe und ermöglicht den Zusammenbruch der Scheibe.

Sowie die Verbrennungsgase die Verbrennungskammer verlassen, fällt der Druck in der Verbrennungskammer, was den Eintritt des gelagerten Gases durch die Öffnung 422d, in die Verbrennungskammer, die durch das Gehäuse 422 gebildet wird, erlaubt. Das gelagerte Gas strömt dann durch die erhitzte Verbrennungskammer und den Filter 429, nimmt Wärme von der Verbrennungskammer und dem Filter auf und dehnt sich aus, auf seinem Weg durch die Gasaustrittsöffnung 462 in das aufblasbare Element des Fahrzeuginsassenschutzsystems. Da das gelagerte Gas dazu dient das aufblasbare Gerät über einen längeren Zeitraum in einem aufgeblähten Zustand zu erhalten, kann die Berstscheibe 431 so entworfen werden, dass sie im Wesentlichen zu jedem Zeitpunkt vor dem Abschluss der Gaserzeugungsmittelverbrennung zerbricht.

Der Fluss des gelagerten Gases durch die Öffnung 422d sorgt für einen Gasstrom in das aufblasbare Gerät über einen relativ verlängerten Zeitraum, dadurch wird es dem Airbag erlaubt über einen längeren Zeitraum aufgebläht zu bleiben. Außerdem, da das gelagerte Gas durch die heiße Verbrennungskammer und den Filter strömt, bevor es in den Airbag entweicht, wird das gelagerte Gas erhitzt durch Mischung mit den Verbrennungsgasen und auch durch Konvektion durch den Kontakt mit dem Gehäuse 22 und dem Filter 29. Die Ausdehnung des gelagerten Gases ist somit verstärkt, so dass die Effizienz des Gaserzeugungssystems erhöht wird.

5 zeigt noch eine weitere Ausführungsform eines Gaserzeugungssystems 510 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Gaserzeugungssystem 510 beinhaltet ein erstes Gehäuse in Form einer Gasflasche oder -tank 511 in welcher ein unter Druck gesetztes Fluid (in diesem Fall ein Füllgas) gelagert ist. Die Flasche 511 hat eine Wand 511a, die eine Öffnung 511b definiert, welche eine Fluidkommunikation mit einem Äußeren der Flasche ermöglicht. Die Flasche 511 besteht aus einem Metall oder einer Metalllegierung und kann gegossen, gezogen oder anderweitig aus Metall hergestellt sein. Die Flasche 511 kann in einer bekannten Weise mit dem unter Druck stehenden Fluid befüllt und verschlossen werden.

Das Gaserzeugungssystem 510 beinhaltet weiterhin ein zweites Gehäuse in Form eines im Wesentlichen zylindrischen Gehäuses 512, welches außerhalb des ersten Gehäuses 511 angebracht ist und ein Paar gegenüberliegende Enden 512a, 512b und eine Wand 512c aufweist, die sich zwischen den Enden erstreckt, um die Kavität des Gehäuseinneren zu begrenzen. Das Gehäuse 512 besteht aus einem Metall oder einer Metalllegierung und kann gegossen, gezogen, extrudiert oder in sonstiger Weise aus Metall gebildet sein. Das Gehäuseende 512b weist eine oder mehrere Öffnungen 512d auf, um eine Fluidkommunikation zwischen einem Inneren des Gehäuses und der Flaschenöffnung 511b zu ermöglichen. Somit ist das Innere des Gehäuses 512 und dessen Inhalt dem unter Druck stehenden Gas, das in der Flasche 511 gelagert ist, ausgesetzt und unter dessen erhöhten Druck gesetzt. Eine Kante der Flaschenwand, die die Öffnung 511b begrenzt, grenzt an das zweite Ende des Gehäuses 512b an und ist so an dem Gehäuseende 512b angebracht, dass am Anschluss zwischen der Öffnung 511b und dem Gehäuse 512 ein im Wesentlichen fluiddichter Verschluss bereitgestellt wird. Im Gehäuseende 512b sind eine oder mehrere Öffnungen 512e gebildet, um eine Fluidkommunikation zwischen dem Inneren des Gehäuses 512 und einem Äußeren des Gehäuses zu ermöglichen, um dafür zu sorgen, dass Verbrennungsgase in ein Gehäuse 545a eingespeist werden können, welches durch einen Diffusor 545 (später in größerem Detail beschrieben) gebildet wird, der den Anschluss zwischen der Flasche 511 und dem Gehäuse 512 umgibt.

Bezug nehmend auf 5, ist am Ende 512a des Gehäuses 512 ein Endverschluss 514 befestigt. Das Ende 512a des Gehäuses 512 kann über Teile des Endverschlusses 514 gefalzt sein, um den Endverschluss in dem Gehäuse zu befestigen, oder andere Methoden (zum Beispiel schweißen oder anheften) können verwendet werden, um den Endverschluss 514 am Gehäuseende 512a zu befestigen. Falls gewünscht, kann entlang des Endverschlusses 514 eine periphere Kavität gebildet sein (nicht gezeigt), um einen O-Ring oder eine Dichtung (nicht gezeigt) darin anzubringen, um die Verbindung zwischen Endverschluss 514 und Gehäusewand 512c zu verschließen. Der Endverschluss 514 kann gestanzt, gegossen, geformt oder anderweitig gebildet sein und kann aus unlegiertem Stahl, Edelstahl, einem Polymermaterial oder jedem anderen geeigneten Material bestehen.

Wieder Bezug nehmend auf 5, ist in dem Endverschluss 514 eine Zündanordnung 544 positioniert und befestigt, so dass eine Fluidkommunikation zwischen dem Gaserzeugungsmittel 530 (unten in größerem Detail beschrieben), welcher sich im Gehäuse 512 befindet, und einem Zünder 544a ermöglicht ist, welcher in die Zündanordnung inkorporiert ist, um das Gaserzeugungsmittel bei Aktivierung des Gaserzeugungssystems zu zünden. Die Zündanordnung 544 kann im Endverschluss 514 befestigt werden, durch Verwendung einer von mehreren bekannten Methoden, zum Beispiel durch Schweißen, Falzen, Aufpressen oder durch Anheften. Für die hierin beschriebene Verwendung geeignete Zündanordnungen können von einer Reihe von bekannten Quellen erhalten werden, zum Beispiel Primex Technologies, Inc. aus Redmond, Washington oder Aerospace Propulsion Products bv, aus den Niederlanden. Der Zünder 544a kann auf im Stand der Technik bekannte Weise ausgebildet sein. Beispielhafte Zündkonstruktionen sind in den U.S. Patenten mit den Nummern 6,009,809 und 5,934,705 beschrieben, die hierin als Referenz einbezogen sind. Der Zünder 544a kann in der Zündanordnung 544 durch eine von vielen Methoden befestigt sein, zum Beispiel durch Verwenden von Schweißnähten, Haftmitteln, durch Falzen oder durch integrales Formen des Zünders in einen Teil der Zündanordnung.

Falls gewünscht, kann eine Menge an Zündverbindung (nicht gezeigt) benachbart zum Zünder 544a und dem Gaserzeugungsmittel 530 angebracht sein. Die Zündverbindung kann eine bekannte oder geeignete Zünd- oder Boosterverbindung sein, deren Verbrennung die Gaserzeugungsmittelladung 530 zündet. Eine oder mehrere Autozündtabletten (nicht gezeigt) können ebenfalls benachbart zum Zünder und dem Gaserzeugungsmittel platziert werden, um die Zündung der Zündverbindung und/oder des Gaserzeugungsmittels 530, auf eine externe Erwärmung des Gasgenerators hin, zu ermöglichen, in einer im Stand der Technik wohlbekannten Art und Weise.

Bezug nehmend auf 5, ist die Gaserzeugungsmittelzusammensetzung 530 im Inneren der Kavität des Gehäuses 512 platziert. In der gezeigten Ausführungsform, ist das Gaserzeugungsmittel 530 in einer granulären Form. Jedoch, wird zur Kenntnis genommen, dass andere, alternative Vorbereitungen der Gaserzeugungsmittelzusammensetzung verwendet werden können. Zum Beispiel, kann ein Teil des Gehäuseinneren teilweise oder ganz mit einem Gaserzeugungsmittel in Scheiben- oder in Tablettenform gefüllt sein. Das Gaserzeugungsmittel 530 steht ebenfalls in Fluidkommunikation mit dem unter Druck gesetzten Gas, das in der Flasche 511 gelagert ist.

Weil das feste Gaserzeugungsmittel 530 in kontinuierlichem Fluidkontakt oder -kommunikation mit dem Hochdruckgas steht, welches im Druckbehälter gelagert ist, sind sofort bei Zündung des Gaserzeugungsmittels beste Verbrennungsbedingungen vorhanden. Unter diesen Umständen, ist es anzunehmen, dass feste Gaserzeugungsmittel, die bei Umgebungsdruck effizient verbrennen, bei den relativ höheren Drücken im Druckbehälter mit erhöhter Geschwindigkeit effizient verbrennen. Aus diesem Grund können diese Gaserzeugungsmittel besonders nützlich sein, um schnelle Gaserzeugungsmittelverbrennungsraten der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Geeignete Gaserzeugungsmittelzusammensetzungen sind zum Beispiel in der ebenfalls anhängigen U.S. Patentanmeldung des Anmelders mit der Seriennummer Nr. 09/664,130 offenbart, die hierin als Referenz einbezogen ist. Ebenso, beinhalten andere geeignete Gaserzeugungsmittel, welche hierin durch Referenz einbezogen werden sollen, solche, die in U.S. Patenten mit den Nummern 5,035,757, 6,210,505 und 5,872,329 offenbart sind, die hierin ebenfalls als Referenz einbezogen sind, sind aber nicht auf solche beschränkt.

Bezug nehmend auf 5, ist im Gasgeneratordesign ein Filter 536 enthalten, um Partikel aus den Gasen herauszufiltern, die durch die Verbrennung des Gaserzeugungsmittels 530 entstehen. Im Allgemeinen, ist der Filter 536 im Gehäuse 512 platziert, zwischen dem Gaserzeugungsmittel 530 und den Öffnungen 512e, die entlang des zweiten Gehäuseendes 512b ausgeformt sind, so dass jegliche Verbrennungsprodukte, die Richtung der Öffnungen 512eströmen, dazu gezwungen werden, den Filter zu passieren. Der Filter ist ebenfalls entlang eines Fluidflusswegs angebracht, der sich zwischen der Flaschenöffnung 511b und den Öffnungen 512e erstreckt. Der Filter kann aus irgendeinem einer Vielzahl von Materialien gebildet sein (zum Beispiel einem Metall- oder Karbonfasernetz oder -folie, oder einer anderen ähnlich porösen Filterstruktur), welche im Stand der Technik bekannt sind zur Filterung von Gaserzeugungsmittelverbrennungsprodukten.

Ein Diffusor 545 bildet ein drittes Gehäuse, das den Anschluss zwischen der Flasche 511 und dem Gehäuse 512 umgibt. Der Diffusor 545 kann gestanzt oder sonst wie aus Stahl oder anderen geeigneten Materialien gebildet werden und dann angeschweißt oder anderweitig an der Flasche 511 und an dem zweiten Gehäuseende 512b befestigt werden, so dass ein im Wesentlichen gasdichter Verschluss zwischen dem Diffusor und der Flasche 511 und zwischen dem Diffusor und dem Gehäuse 512 gebildet wird. Der Diffusor 545 hat eine oder mehrere Öffnungen 545b daran entlang ausgebildet, um eine Fluidkommunikation zwischen dem Gehäuse 545a und einem Äußeren des Gaserzeugungssystems zu gewährleisten. Der Diffusor 545 wirkt dadurch, dass Gas, welches von dem Gehäuse 545a durch die Öffnungen 545b strömt, zu einem Airbag oder anderen aufblasbaren Vorrichtungen verteilt wird.

Zerbrechbare, fluiddichte Verschlüsse, wie zum Beispiel Berstscheiben 531, können so angebracht sein, dass sie die Öffnungen 545b im Diffusor 545 verschließen. Die Scheibe 531 bildet eine fluiddichte Barriere zwischen dem Inneren des Diffusors und dem Äußeren des Gaserzeugungssystems. Verschiedene Scheiben, Folien, Filme, etc. können als Berstscheibe 531 eingesetzt werden. Die Materialien und Strukturen der Membranen werden von der gewünschten Leistungscharakteristik des Gaserzeugungssystems 510 abhängen. Zum Beispiel können Scheiben eingesetzt werden, die aus Materialien hergestellt sind und/oder Strukturen aufweisen, die relativ mehr oder weniger schnell zerbrechen.

Nun wird der Betrieb des Gaserzeugungssystems 510 besprochen.

Auf ein Unfallereignis hin, erhält der Zünder 544a ein Signal zum Beispiel von einem Unfallsensor oder einem Beschleunigungsmesser (nicht gezeigt) und zündet dann das Gaserzeugungsmittel 530. Somit dient das Gehäuse 512 als Verbrennungskammer für das Gaserzeugungsmittel 530. Die von der Zündung des Gaserzeugungsmittels 530 produzierte Wärme und Verbrennungsgase, bewegen sich durch den Filter 536, um die Berstscheibe 531 zu zerbrechen. Die Gase bewegen sich dann weiter durch die Öffnungen 512e und in das Gehäuse 545. Die Gase strömen dann aus den Diffusoröffnungen 545b aus.

Sowie die von der Verbrennung des Gaserzeugungsmittels 530 erzeugten Gase aus dem Gehäuse 512 strömen, beginnt der Druck im Gehäuse, als Ergebnis der Verbrennung des Gaserzeugungsmittels 530, zu fallen. Sowie der gehäuseinterne Druck fällt, strömt das unter Druck gesetzte, in der Flasche 511 gelagerte Gas durch die Flaschenöffnung 511b, in die Öffnung des zweiten Gehäuseendes 512d, durch den Filter 536 und aus dem Gehäuse 512 heraus und, durch die Öffnungen 512e, in das Gehäuse 545 hinein. Das vorher gelagerte Gas strömt dann aus dem Gasgenerator durch die Diffusoröffnungen 545b.

Da das feste Gaserzeugungsmittel sich in dem Hochdruckgasdruckbehälter befindet und in kontinuierlichem Fluidkontakt oder -kommunikation mit dem Hochdruckgas steht, bestehen sofort bei Zündung beste Bedingungen für die Verbrennung des Gaserzeugungsmittels. Daher wird sich eine relativ schnellere Verbrennungsrate und Temperatur des Gaserzeugungsmittels 530 ergeben, als sonst für gewöhnlich stattfinden würde. Das unter Druck setzen des Gaserzeugungsmaterials mit dem kalten, gelagerten Füllgas verstärkt auch die Stabilität des Gaserzeugungsmaterials und hilft eine konsistentere ballistische Leistung des Gaserzeugungssystems sicher zu stellen.

Die hohe Verbrennungsrate und Temperatur des Treibgases produzieren typischerweise eine Schockwelle und einen schnellen Druckanstieg im gelagerten Gas, welche die Berstscheibe 531 zerbrechen. Dementsprechend ist die Zeitspanne minimiert von der Aktivierung des Gaserzeugungssystems 510 bis zur Freisetzung und Verfügbarkeit von Gas für die Aufblähung eines aufblasbaren Gerätes. Somit stellt das hierin beschriebene Design eine schnelle initiale Aufblähung des aufblasbaren Geräts bereit. Ebenso, sorgt der Fluss des gelagerten Gases durch die Dosieröffnung für einen Strom des Gases in das aufblasbare Gerät über einen relativ verlängerten Zeitraum, so dass dadurch der Airbag über einen längeren Zeitraum aufgebläht bleibt, und somit zu einer verbesserten Leistung des Fahrzeuginsassenschutzsystems führt.

Da das Gaserzeugungsmittel dem relativ hohen gelagerten Füllgasdruck ausgesetzt ist, ist auch die Verwendung von Gaserzeugungsmitteln ermöglicht, die bei höheren Drücken effizienter verbrennen. Außerdem macht die vorliegende Erfindung den Bedarf an einer separaten, verschlossenen Verbrennungskammer für das Gaserzeugungsmittel unnötig. Dies reduziert die Komplexität der Herstellung und die Kosten des Gaserzeugungssystems.

Zusätzlich, da das gelagerte Gas durch das heiße Gehäuse und den Filter fließt, bevor es in den Airbag entweicht, wird das gelagerte Gas erhitzt durch Mischung mit den Verbrennungsgasen und auch durch Konvektion durch den Kontakt mit dem Gehäuse 512 und dem Filter 536. Die Ausdehnung des gelagerten Gases ist daher verstärkt, so dass die Effizienz des Gaserzeugungssystems für eine vorgegebene Größe des Systems erhöht wird. Dies ermöglicht es, die Gesamtkosten, die Masse und Größe des Gaserzeugungssystems zu reduzieren. Auch, ist die Erzeugung von ungewolltem Abfluss während der Gaserzeugungsmittelverbrennung reduziert, auf Grund der hohen Temperatur und Druck der Gaserzeugungsmittelzündung und -verbrennung. Schließlich, gibt es keinen Bedarf für einen Verschluss oder eine Berstscheibe, die die Öffnung 511b zwischen der Flasche 511 und dem Gehäuse 512 abdeckt.

Nun Bezug nehmend auf 6, in einer möglichen Anwendung von jeder der Ausführungsformen 10, 310, 410, 510 des hierin beschriebenen Gaserzeugungssystems, ist das Gaserzeugungssystem in ein Airbagsystem 200 eingebaut. Das Airbagsystem 200 beinhaltet mindestens einen Airbag 202 und ein Gaserzeugungssystem 10, 310, 410, 510, wie hierin beschrieben und mit dem Airbag so verbunden, dass, auf die Aktivierung des Gaserzeugungssystems hin, eine Fluidkommunikation mit einem Inneren des Airbags ermöglicht ist. Das Airbagsystem 200 kann einen Unfallereignissensor 210 enthalten (oder in operativer Verbindung damit stehen), der in operativer Verbindung steht mit einem Unfallsensoralgorithmus (nicht gezeigt), welcher die Aktivierung des Airbagsystems 200 signalisiert, mittels, zum Beispiel, Aktivierung eines Zünders (in 6 nicht gezeigt) im Falle eines Zusammenstosses.

Wieder Bezug nehmend auf 6, kann eine Ausführungsform des Gaserzeugungssystems oder ein Airbagsystem enthaltend eine Ausführungsform des Gaserzeugungssystems auch in ein weiteres, umfangreicheres Fahrzeuginsassenschutzsystem 180 eingebaut sein, welches zusätzliche Elemente enthält, wie zum Beispiel eine Sicherheitsgurtanordnung 150. Die Sicherheitsgurtanordnung 150 beinhaltet ein Sicherheitsgurtgehäuse 152 und einen Sicherheitsgurt 160, der vom Gehäuse 152 ausgeht. Ein Sicherheitsgurtaufrollmechanismus 154 (zum Beispiel ein Feder-getriebener Mechanismus) kann mit einem Endstück des Gurtes verbunden sein. Außerdem kann ein Sicherheitsgurtvorstraffer 156 mit dem Gurtaufrollmechanismus 154 verbunden sein, um den Aufrollmechanismus im Falle eines Zusammenstosses auszulösen. Typische Sitzgurtaufrollmechanismen, die in Verbindung mit dem Sicherheitsgurt 160 verwendet werden können sind in den U.S. Patenten mit den Nummern 5,743,480, 5,553,803, 5,667,161,.5,451,008, 4,558,832 und 4,597,546 beschrieben, die hierin als Referenz einbezogen werden. Illustrative Beispiele für typische Vorstraffer, mit denen der Sicherheitsgurt 160 kombiniert werden kann, sind in den U.S. Patenten 6,505,790 und 6,419,177 beschrieben, die hierin als Referenz einbezogen werden.

Die Sicherheitsgurtanordnung 150 kann einen Unfallereignissensor 158 enthalten (oder mit einem solchen in operativer Verbindung stehen), der in operativer Verbindung steht mit einem Unfallsensoralgorithmus (nicht gezeigt), der das Auslösen des Gurtvorstraffers 156 signalisiert mittels, zum Beispiel, der Aktivierung eines pyrotechnischen Zünders (nicht gezeigt), der in den Vorstraffer eingebaut ist. Die U.S. Patente mit den Nummern 6,505,790 und 6,419,177, bereits vorher hierin als Referenz einbezogen, liefern illustrative Beispiele für Vorspanner, die in solcher Weise ausgelöst werden.

Es versteht sich, dass die vorangegangenen Beschreibungen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur veranschaulichenden Zwecken dienen. Als solche sind die verschiedenen strukturellen und operativen Merkmale, die hierin beschrieben sind, einer Reihe von Veränderungen zugänglich, entsprechend der Fähigkeiten eines Fachmanns, wobei keine davon vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abweicht, wie sie in den angehängten Ansprüchen definiert ist.


Anspruch[de]
Gaserzeugungssystem umfassend:

ein erstes Gehäuse enthaltend ein Gas;

ein zweites Gehäuse enthaltend darin ein Gaserzeugungsmaterial, wobei das zweite Gehäuse mit dem ersten Gehäuse operativ verbunden ist, so dass eine Fluidkommunikation zwischen dem erstem und dem zweitem Gehäuse ermöglicht wird;

und worin das Gas im ersten Gehäuse durch das zweite Gehäuse durchtritt bevor es das Gaserzeugungssystem verlässt.
Gaserzeugungssystem nach Anspruch 1, worin das zweite Gehäuse innerhalb des ersten Gehäuses platziert ist und ein Rohr umfasst, welches sich im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des ersten Gehäuses erstreckt. Gaserzeugungssystem nach Anspruch 2, worin das zweite Gehäuse eine erste Öffnung beinhaltet, die eine Fluidkommunikation zwischen dem zweiten Gehäuse und einem inneren Teil des ersten Gehäuses, außerhalb des zweiten Gehäuses, ermöglicht, und eine zweite Öffnung, die eine Fluidkommunikation mit einem Äußeren des Gaserzeugungssystems ermöglicht. Gaserzeugungssystem nach Anspruch 3, weiterhin enthaltend einen Filter, der im zweiten Gehäuse angebracht ist, entlang einem Fluidflussweg, der sich zwischen dem Gaserzeugungsmittel und der zweiten Öffnung erstreckt. Gaserzeugungssystem nach Anspruch 3, worin ein fluiddichter Verschluss bereit gestellt ist, um eine Fluidkommunikation durch die erste Öffnung, zwischen dem zweiten Gehäuse und dem inneren Teil des ersten Gehäuses, außerhalb des zweiten Gehäuses, zu verhindern. Gaserzeugungssystem nach Anspruch 5, weiterhin enthaltend ein Stützelement zur Unterstützung des Verschlusses gegen einen Druck, der durch das im ersten Gehäuse gelagerte Gas ausgeübt wird. Gaserzeugungssystem nach Anspruch 5, worin der Verschluss als Antwort auf Wärme, die durch Verbrennung des Gaserzeugungsmittels erzeugt wurde, schmelzbar ist. Das Gaserzeugungssystem nach Anspruch 1, worin das erste Gehäuse eine Öffnung enthält, die eine Fluidkommunikation mit einem Äußeren des ersten Gehäuses ermöglicht, das zweite Gehäuse eine erste Öffnung enthält, die eine Fluidkommunikation mit einem Äußeren des zweiten Gehäuses ermöglicht und das zweite Gehäuse an das erste Gehäuse angrenzt, um einen fluiddichten Anschluss zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse zu bilden, so dass die Öffnung des ersten Gehäuses in Fluidkommunikation mit der ersten Öffnung des zweiten Gehäuses steht. Das Gaserzeugungssystem nach Anspruch 8, weiterhin enthaltend ein drittes Gehäuse, das den Anschluss zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse umgibt, wobei das dritte Gehäuse mindestens eine Öffnung aufweist, die eine Fluidkommunikation zwischen dem dritten Gehäuse und einem Äußeren des Gaserzeugungssystems ermöglicht. Fahrzeuginsassenschutzsystem enthaltend ein Gaserzeugungssystem gemäß Anspruch 1.






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