DE4444490A1 - Gas generator for vehicle security devices - Google Patents

Gas generator for vehicle security devices

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DE4444490A1 DE19944444490 DE4444490A DE4444490A1 DE 4444490 A1 DE4444490 A1 DE 4444490A1 DE 19944444490 DE19944444490 DE 19944444490 DE 4444490 A DE4444490 A DE 4444490A DE 4444490 A1 DE4444490 A1 DE 4444490A1
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Franz Dipl Ing Fuerst
Karl Dipl Ing Unterforsthuber
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TRW Airbag Systems GmbH
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Temic Bayern Chemie Airbag GmbH
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    • B60R21/16—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags
    • B60R21/26—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags characterised by the inflation fluid source or means to control inflation fluid flow
    • B60R21/264—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags characterised by the inflation fluid source or means to control inflation fluid flow using instantaneous generation of gas, e.g. pyrotechnic
    • B60R21/2644—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags characterised by the inflation fluid source or means to control inflation fluid flow using instantaneous generation of gas, e.g. pyrotechnic using only solid reacting substances, e.g. pellets, powder

Abstract

The gas generator has a filter chamber (5). At least a part of the filter is made of spiral metal wool or a compound of spiral metal wool with other materials such as glass fibres, carbon fibres, ceramic fibres, plastics fibres. Where a burner chamber (4) is connected to a filter chamber through outlet orifices covered by a filter-like flame screen at least one layer of the screen is made from the metal spiral wool or compound of same with other fibres. The metal wool or compound also serves to cool the gases flowing through.

Description

Gasgeneratoren dienen zur Erzeugung von Gas, das für Sicherheitseinrichtungen in Fahrzeugen benötigt wird. Als Gasquellen dienen in der Regel Natriumazid- Tabletten die mittels eines Füllstoffs in der Brenn­ kammer fixiert sind. Beim Befüllen der Brennkammer mit Treibstofftabletten wird das Leervolumen durch diesen flexiblen Füllstoff reduziert und vermeidet neben Rasselgeräuschen auch eine Beschädigung der Treibstoff­ pellets beim Schließen der Brennkammer in der Montage. Beim Zünden der Treibstofftabletten entsteht neben dem gewünschten Stickstoffgas aber auch Hitze und Stoffe, teilweise erst nach Abkühlung ihren festen Zustand ein­ nehmen. Aus diesem Grund ist die Brennkammer in der Regel mit einem Flammensieb umgeben, welches verhindern soll, daß brennende Partikel oder Flammen aus dem Brennraum herausgeschleudert werden und andere Teile in Brand setzen. Außerdem ist in der Regel das Flammensieb so konstruiert, daß die heißen Gase etwas abgekühlt werden, bevor sie im eigentlichen Filterbereich so gründlich gereinigt werden, daß nur noch ungefährliches Stickstoffgas aus dem Generator entweichen kann. Der Filterbereich besteht meistens aus einer oder mehreren Kammern, die verschiedene Grob- und Feinfilter enthalten. Diese verschiedenen Filteranordnungen dienen dazu, das heiße Gas abzukühlen und Partikel und Schlackestoffe aus dem Gas abzusondern. Gas generators are used to generate gas for Safety devices in vehicles is needed. As a rule, sodium azide Tablets that contain a filler in the Brenn chamber are fixed. When filling the combustion chamber with The empty volume becomes fuel tablets by this flexible filler reduces and avoids Rattles also damage the fuel pellets when closing the combustion chamber in the assembly. When the fuel tablets are ignited, the desired nitrogen gas but also heat and substances, some of them only enter their solid state after cooling to take. For this reason, the combustion chamber is in the Usually surrounded with a flame screen, which prevent that burning particles or flames from the Combustion chamber and other parts in Set fire. In addition, the flame screen is usually constructed so that the hot gases cool somewhat before they are in the actual filter area be cleaned thoroughly, that only harmless Nitrogen gas can escape from the generator. Of the The filter area usually consists of one or more Chambers, the various coarse and fine filters contain. These different filter arrangements are used to cool the hot gas and particles and To separate waste products from the gas.  

Momentan werden für derartige Filter Gewebe (Fig. 3), Maschenware (Fig. 4), wie DE 37 42 383 A1 offenbart und zusammengepreßten Partikeln aus Tuch, Kohle-, Glas- und Keramikfaser sowie einfache Metallwolle verwendet. Diese Materialien werden durch entsprechende Vorbehand­ lung, wie Zuschneiden, Aufrollen, Zusammenpressen oder anderen aufwendigen Formgebungen eng in den Gasgene­ rator eingepaßt oder als Modul eingesetzt.At the moment, fabrics ( FIG. 3), knitwear ( FIG. 4), such as DE 37 42 383 A1, are disclosed for such filters and compressed particles of cloth, carbon, glass and ceramic fibers and simple metal wool are used. These materials are tightly fitted into the gas generator or used as a module by appropriate pretreatment, such as cutting, rolling up, pressing together or other complex shapes.

Nachteilig an den bisher verwendeten Füll-, Filter- und Kühlmaterialien ist aber, daß sie einen sehr geringen Oberflächen/Gewichts-Quotienten aufweisen, insbesondere bei Sieben nur sehr eingeschränkte gestalterische Möglichkeiten bieten, wenig oder keine Elastizität besitzen, nur sehr eingeschränkt in Verbund mit anderen Materialien eingesetzt werden können, im Falle von Tuch nicht resistent gegen hohe Temperaturen sind, nicht gegen hohe Drücke resistent sind, starre Oberflächenstrukturen ausbilden, in der Herstellung sehr aufwendig sind, zur Löcherbildung neigen, aus­ fransen in der richtigen Orientierung eingesetzt werden müssen und bei einem großen Ober­ flächen/Gewichtsquotienten sehr teuer sind. Nachteilig an der einfachen, relativ unflexiblen Metallwolle ist, daß sie in der Regel einen kreisförmigen glatten Quer­ schnitt aufweist und keine oder nur teilweise spiral­ förmige Strukturen ausbildet, so daß sie erst durch Zusammenpressen eine akzeptable Stabilität erhält.A disadvantage of the previously used filling, filter and Cooling materials, however, is that they are very low Have surface / weight quotients, in particular in the case of seven, only very limited design Offer opportunities little or no elasticity own, only to a very limited extent in association with others Materials can be used in the case of cloth are not resistant to high temperatures, not are resistant to high pressures, rigid Form surface structures in production are very expensive, tend to form holes fringes are used in the correct orientation and with a big waiter areas / weight ratios are very expensive. Disadvantageous is the simple, relatively inflexible metal wool, that they usually have a circular smooth cross cut and no or only partially spiral shaped structures so that they only through Compression maintains acceptable stability.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Füll-, Filter- und Kühlmaterial für Gasgeneratoren zu schaffen, bei dem eine hervorragende Filterwirkung sowohl im Grob- als auch Feinbereich erzielt werden kann, das durchströmende Gas optimal abkühlt und das zusätzlich als flexibles Füllmaterial in der Brennkammer verwendet werden kann. The invention is therefore based on the object inexpensive filling, filter and cooling material for To create gas generators that are excellent Filter effect in both the rough and fine range can be achieved, the gas flowing through optimally cools down and also as a flexible filling material can be used in the combustion chamber.  

Die Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1-3 gelöst, hiernach erfüllt Metall­ spiralwolle diese Anforderungen. Dabei handelt es sich im Prinzip um einen langen Span mit einem annähernd rechteckigen Querschnitt, wie er z. B. beim Überdrehen eines langen metallenen Rundlings an der Drehbank ent­ steht und welcher sich bei diesem Vorgang über die ganze Länge spiralförmig aufrollt. Dabei verhaken sich die einzelnen Spiralwindungen untereinander, und lassen sich nur noch schwer auflösen. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 4 und 5.The task is characterized by the characteristics of the Claims 1-3 solved, after which metal met spiral wool meets these requirements. It is about basically a long span with an approximate rectangular cross-section as z. B. when turning a long metal round at the lathe stands and which is in this process about the the entire length rolls up in a spiral. In doing so, get caught the individual spiral turns with each other, and leave difficult to dissolve. Advantageous training The invention is derived from the dependent Claims 4 and 5.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind:The advantages achieved with the invention are:

  • - Die Metallspiralwolle kann, bedingt durch ihre Elastizität und Flexibilität, ihr Volumen druckab­ hängig ändern. Wenn die Drücke im Gasgenerator i.a. kurz nach der Zündung am höchsten sind und anschließend linear bzw. später exponentiell abnehmen, erfolgt bei entsprechender Einbau­ situation zunächst eine Verdichtung der Metall­ spiralwolle, die sich später sukzessive verringert und damit mehr Volumen beansprucht, was nicht anderes bedeutet, als daß das Leervolumen steigt. Genau dieses Verhalten ist aber erwünscht, da mit fortschreitendem Treibstoffabbrand auch immer mehr Schlacke erzeugt wird, die dann in dem innerhalb der Metallspiralwolle entstehenden und sehr fein verteilten Leervolumen aufgefangen werden kann.- The metal spiral wool can, due to their Elasticity and flexibility, their volume printable change pending. If the pressures in the gas generator i.a. are highest shortly after ignition and then linear or later exponential remove, takes place with appropriate installation situation first a compression of the metal spiral wool, which will gradually decrease later and thus takes up more volume, which is not means other than that the empty volume increases. Exactly this behavior is desirable because with progressive fuel burnup more and more Slag is generated which is then in the inside of the metal spiral wool and very fine distributed empty volume can be collected.
  • - Die Metallspiralwolle zeichnet sich durch ein flexibles Volumen aus. Daher kann sie bei Einsatz in der Brennkammer neben den eigentlichen Aufgaben als Grobfilter bzw. Filtersieb auch als Füllkörper dienen. In diesem Fall füllt sie das beim Befüllen der Brennkammer mit Treibstofftabletten entstehende Leervolumen durch die hohe Flexibili­ tät ideal aus.- The metal spiral wool is characterized by flexible volume. Therefore, it can be used in the combustion chamber in addition to the actual tasks as a coarse filter or filter screen also as a packing  to serve. In this case, it fills it up when filling the combustion chamber with fuel pills resulting empty volume due to the high flexibility ideally.
  • - Die Metallspiralwolle weist aufgrund der i.a. geringen Spandicke einen sehr hohen Ober­ flächen/Gewichts-Quotienten auf. Beim Pressen zu Formkörpern kann die Dichte und Geometrie sehr einfach variiert werden, wodurch sich die gewünschte Filter- bzw. Kühlwirkung ideal einstellen läßt.- Due to the i.a. low chip thickness a very high upper areas / weight quotient. When pressing to shaped bodies, the density and Geometry can be varied very easily the desired filter or cooling effect is ideal can be adjusted.
  • - Der Herstellungsprozeß der Metallspiralwolle läßt auf einfache Weise auch ein Verwinden mit anderen Metallspänen bzw. Fasern (z. B. Glas-, Keramik­ faser) zu. Danach sind völlig neue und flexible bzw. einfach an die Filter- und Kühlungsanforde­ rung anpaßbare Kombinationen möglich, wodurch auch ein Einsatz als Feinfilter in Frage kommt.- The manufacturing process of spiral metal wool leaves easily twisting with others Metal chips or fibers (e.g. glass, ceramics fiber) too. After that are completely new and flexible or simply the filter and cooling requirements customizable combinations possible, which also use as a fine filter is possible.
  • - Durch Veränderung der Herstellparameter wie Span­ breite, -dicke, -durchmesser und -länge sind unterschiedliche Varianten sehr leicht herstell­ bar.- By changing the manufacturing parameters such as chip width, thickness, diameter and length different variants very easy to manufacture bar.
  • - Bei geeigneter Werkstoffauswahl bzw. Materialkom­ bination der Spiralwolle kann sie aufgrund der hohen Oberfläche auch als Reaktionspartner während der chemischen Umsetzung des Treibstoffes in Gas dienen und somit die Verschlackung der Rückstände bzw. die Oxydation oder Reduktion von Schadgasen begünstigen. - With a suitable choice of materials or material com combination of spiral wool can be due to the high surface area also as a reactant during the chemical conversion of the fuel into gas serve and thus the slagging of the residues or the oxidation or reduction of harmful gases favor.  
  • - Metallspiralwolle kann sehr gut großserienmäßig und zu einem sehr günstigen Preis hergestellt werden.- Metal spiral wool can very well be mass-produced and manufactured at a very reasonable price will.
  • - Die Eigenschaften der Metallspiralwolle bzw. Kombination mit anderen Materialien sind bei allen Filterungs- bzw. Kühlungsvorgängen in strömenden Medien von Bedeutung insbesondere auch bei Airbag- Gasgeneratoren die keinen Oxidtreibstoff bein­ halten, sondern auf alternativen Treibstoffkon­ zepten beruhen.- The properties of metal spiral wool or Combination with other materials are common to everyone Filtering or cooling processes in flowing Media of importance especially in the case of airbag Gas generators that do not contain oxide fuel hold, but on alternative fuel con scepter based.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the drawings explained in detail. It shows

Fig. 1 Einen Schnitt des Gasgenerators mit inte­ griertem Füll-, Filter- und Kühlmaterial. Fig. 1 shows a section of the gas generator with inte grated filling, filter and cooling material.

Fig. 2 Schematische Darstellung von Metallspiral­ wolle. Fig. 2 Schematic representation of metal spiral wool.

Fig. 3 Schematische Darstellung von üblichen Gewebe­ filtern. Fig. 3 Filter schematic representation of conventional tissue.

Fig. 4 Schematische Darstellung von üblichen Maschenfiltern. Fig. 4 Schematic representation of conventional mesh filters.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Gasgenerator. Der Gasgenerator besteht aus einem Ober- (1) und einem Unterteil (2) welche zusammengeschraubt drei Kammern bilden. Die Zündkammer (3), Die Brennkammer (4) und die Filterkammer (5). Die Zünd- und Brennkammer sowie auch Brenn- und Filterkammer sind durch radial angeordnete Überströmbohrungen (6, 7) miteinander verbunden. In der Brennkammer (4) sind die Treibstoffpellets (8) in Füll­ material (9) eingebettet. Dieses Füllmaterial (9) besteht aus Metallspiralwolle die eventuell auch mit anderen Materialien vermischt sein darf. Die Aufgabe der Metallspiralwolle beim Einsatz als Füllmaterial ist, das Leervolumen in der Brennkammer aufzufüllen, um Rasselgeräusche oder eine Beschädigung der Treibstoff­ pellets zu vermeiden. Aufgrund der großen Oberfläche dient sie außerdem als Reaktionspartner während der chemischen Umsetzung des Treibstoffs in Gas. Bevor das Gas über den Ausströmungskanal (7) in die Filterkammer (5) eintritt werden am Flammensieb (10) die ersten festen bzw. brennenden Bestandteile festgehalten und ein Teil der Hitze abgeführt. Das Flammsieb (10) besteht aus Metallspiralwolle deren Beschaffenheit (Dichte, Spandicke, Spanlänge, Einarbeitung anderer Materialien) so gewählt wird, daß sie den verschiedenen Anforderungen in diesem Bereich gerecht wird. Gelangt nun das heiße Gas über den Ausströmkanal (7) in die Filterkammer (5) so findet zuerst eine Vorreinigung im unteren Vorfilter (11) statt. Auch hier wird die Beschaffenheit der Metallspiralwolle durch geeignete Wahl von Dichte, Spandicke, -länge und Einarbeitung anderer Materialien so gewählt, daß der Vorfilter (11) die gewünschten Eigenschaften bezüglich der Aufnahme von Feststoffen und Kühlung erhält. Danach steigt das Gas in den oberen Bereich der Filterkammer (5) wo es im wesentlich dichteren Hauptfilter (12) vollends gereinigt wird. Dort sammelt sich praktisch der ganze Staub und andere Partikel, die noch im Gas enthalten sind. Dabei soll auch das verbleibende Gas abgekühlt werden bevor es über die Austrittsöffnungen (13) am Halteblech (14) dem Verbraucher zugeführt wird. Fig. 1 shows in cross section a gas generator. The gas generator consists of an upper ( 1 ) and a lower part ( 2 ) which, when screwed together, form three chambers. The ignition chamber ( 3 ), the combustion chamber ( 4 ) and the filter chamber ( 5 ). The ignition and combustion chamber as well as the combustion and filter chamber are connected to one another by radially arranged overflow bores ( 6 , 7 ). In the combustion chamber ( 4 ), the fuel pellets ( 8 ) are embedded in filling material ( 9 ). This filling material ( 9 ) consists of metal spiral wool which may possibly also be mixed with other materials. The task of metal spiral wool when used as a filling material is to fill up the empty volume in the combustion chamber in order to avoid rattling noises or damage to the fuel pellets. Due to the large surface area, it also serves as a reactant during the chemical conversion of the fuel into gas. Before the gas enters the filter chamber ( 5 ) via the outflow channel ( 7 ), the first solid or burning components are held on the flame screen ( 10 ) and part of the heat is removed. The flame screen ( 10 ) consists of metal spiral wool, the nature (density, chip thickness, chip length, incorporation of other materials) is selected so that it meets the various requirements in this area. If the hot gas now reaches the filter chamber ( 5 ) via the outflow channel ( 7 ), pre-cleaning takes place in the lower pre-filter ( 11 ). Here too, the quality of the metal spiral wool is selected by a suitable choice of density, chip thickness, length and incorporation of other materials so that the prefilter ( 11 ) obtains the desired properties with regard to the absorption of solids and cooling. Then the gas rises in the upper area of the filter chamber ( 5 ) where it is completely cleaned in the much denser main filter ( 12 ). Virtually all of the dust and other particles that are still contained in the gas collect there. The remaining gas should also be cooled before it is supplied to the consumer via the outlet openings ( 13 ) on the holding plate ( 14 ).

In der Regel besteht der Hauptfilter aus unterschied­ lich dicht gepreßter Metallspiralwolle mit unterschied­ lich dicken Metallspänen. Auch hier können die gewünschten Eigenschaften durch die Beschaffenheit (Spandicke, -länge, Einarbeitung anderer Materialien) und die Formgebung (Dichte) auf die Erfordernisse ein­ gestellt werden.As a rule, the main filter consists of differences Densely pressed metal spiral wool with a difference thick metal shavings. Here too they can desired properties by the nature  (Chip thickness, length, incorporation of other materials) and the shape (density) to the requirements be put.

Zur Erläuterung der Erfindung wurde der Gasgenerator auf der Fahrerseite gewählt. Selbstverständlich kann diese Anordnung auch auf die länglichen, zylindrischen Gasgeneratoren angewendet werden. Die beschriebenen Eigenschaften bezüglich der Füll-, Filter- und Kühl­ wirkung können auch bei Gasgeneratoren, die keinen Azid-Treibstoff beinhalten sondern auf alternative Treibstoffkonzepte beruhen, genutzt werden.To explain the invention, the gas generator selected on the driver side. Of course you can this arrangement also applies to the elongated, cylindrical Gas generators are applied. The described Properties regarding the filling, filtering and cooling can also be effective with gas generators that do not Include azide fuel but on alternative Fuel concepts are based, used.

Die Unterschiede der Filtermaterialien sind deutlich aus Fig. 2, 3 und 4 ersichtlich. Fig. 2 zeigt die spiralförmige Struktur der Metallspiralwolle wobei sich einzelne Spiralwindungen miteinander verhaken und nur noch schwer auflösen lassen. Durch die spiralförmige Struktur ergeben sich Elastizität und Flexibilität in allen Richtungen.The differences in the filter materials are clearly evident from FIGS. 2, 3 and 4. Fig. 2 shows the spiral structure of the metal spiral wool whereby individual spiral windings get caught together and are difficult to dissolve. The spiral structure gives elasticity and flexibility in all directions.

Dagegen wird aus Fig. 3 deutlich, daß es bei Gewebe­ filtern viele offene Enden gibt, die ein Herausgleiten ganzer Fäden begünstigen und zu einer verstärkten Loch­ bildung neigen. Die Struktur ist sehr unflexibel.In contrast, it is clear from Fig. 3 that there are many open ends in filtering fabrics, which promote the sliding out of entire threads and tend to form an increased hole. The structure is very inflexible.

In Fig. 4 wird durch die Maschenbildung eine bessere Elastizität erreicht jedoch neigt auch diese Anordnung wegen der vielen offenen Enden zum Ausfransen.In FIG. 4, better elasticity is achieved through the stitch formation, but this arrangement also tends to fray because of the many open ends.

Claims (5)

1. Gasgenerator für Sicherheitseinrichtungen in Fahr­ zeugen mit mindesten einer Filterkammer gekennzeichnet dadurch, daß mindestens ein Teil des Filters aus Metallspiralwolle oder einem Verbund von Metallspiral­ wolle mit anderen Materialien (wie Glasfaser, Kohle­ faser, Keramikfaser, Kunststoffaser) besteht.1. Gas generator for safety devices in driving testify with at least one filter chamber, characterized in that at least part of the filter made of metal spiral wool or a composite of metal spiral wool with other materials (such as glass fiber, carbon fiber, ceramic fiber, plastic fiber). 2. Gasgenerator für Sicherheitseinrichtungen in Fahr­ zeugen mit einer Brennkammer die über Ausströmöff­ nungen, welche von einem filterähnlichen Flammensieb bedeckt sind, mit einer Filterkammer verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens eine Lage des filterähnlichen Flammensiebs aus Metallspiralwolle oder einem Verbund von Metallspiralwolle mit anderen Fasern besteht.2. Gas generator for safety devices in driving testify with a combustion chamber over Ausströmöff with a filter-like flame screen are covered, connected to a filter chamber, characterized in that at least one layer of the Filter-like flame screen made of metal spiral wool or a composite of metal spiral wool with other fibers consists. 3. Gasgenerator für Sicherheitseinrichtungen in Fahr­ zeugen mit mindestens einer Brennkammer in der Treib­ stoff mittels Füllmaterial fixiert wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Füllstoff aus Metallspiralwolle oder einem Verbund von Metallspiralwolle mit anderen Fasern besteht.3. Gas generator for safety devices in driving testify with at least one combustion chamber in the propellant material is fixed by means of filler in that the filler made of metal spiral wool or a composite of metal spiral wool with other fibers consists. 4. Gasgenerator nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Metallspiralwolle oder der Verbund von Metall­ spiralwolle mit anderen Materialien auch zur Kühlung des durchströmenden Gases dient. 4. Gas generator according to claim 1, characterized in that that the metal spiral wool or the composite of metal Spiral wool with other materials also for cooling of the gas flowing through it.   5. Gasgenerator nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Metallspiralwolle bzw. deren Kombina­ tion mit anderen Materialien auch als Reaktionspartner während der chemischen Umsetzung des Treibstoffs in Gas dienen kann.5. Gas generator according to claim 3, characterized in that the metal spiral wool or their combina tion with other materials as a reaction partner during the chemical conversion of the fuel into gas can serve.
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