Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere für eine Sicherheitseinrichtung in Fahrzeugen, mit einer mit Druckgas gefüllten Druckkammer, die durch eine Membran gegenüber einer Umgebung des Gasgenerators abgeschlossen ist, einem in der Druckkammer aufgenommenen Festtreibstoff, wobei das Druckgas vor einer Aktivierung des Gasgenerators in direktem Kontakt mit dem Festtreibstoff steht, und einer an die Druckkammer angrenzenden Anzündereinheit, durch die bei der Aktivierung des Gasgenerators der Festtreibstoff zündbar ist.

Gasgeneratoren liefern beispielsweise Gas zum Füllen eines Gassacks oder für den Antrieb eines G u rt st raffe rs.

Bei bekannten Hybridgasgeneratoren ist das entweichende Gas zum größten Teil ein im Gehäuse des Gasgenerators gespeichertes, unter Druck stehendes Gas. Das Gehäuse wird dabei geöffnet, indem ein Anzünder einen pyrotechnischen Festtreibstoff zündet. Die Membran wird zerstört, sodass das Gas ausströmen kann.

Die pyrotechnischen Festtreibstoffe sind ausbilanzierte Mischungen von festen organischen oder anorganischen Brennstoffen und Oxidationsmitteln, die in der Regel Stickstoff und Kohlenstoff enthalten. Pyrotechnische Festtreibstoffe müssen zur Steuerung der Abbrandcharakteristik in eine geeignete Form wie Tabletten, Extrudate und Granulate verschiedenster Geometrie gebracht werden. Daraus folgt eine aufwendige Herstellung und Logistik von pyrotechnischen Festtreibstoffen, wobei für die Handhabung und Lagerung der Treibstoffe strenge Sicherheitsvorschriften zu beachten sind.

Aus der DE 10 2019 100 623 A1 sind außerdem alternative Festtreibstoffe bekannt, die sich aus einer oder mehreren Fasern zusammensetzen und somit einen gasdurchlässigen Brennstoffkörper bilden. Dabei hat sich herausgestellt, dass aus einer oder mehreren Fasern hergestellte Brennstoffkörper eine ausreichend große Oberfläche und deswegen eine außerordentlich gute Abbrandcharakteristik aufweisen.

Gesucht wird nach optimierten Lösungen, den Festtreibstoff, insbesondere den alternativen Festtreibstoff aus ein oder mehreren Fasern, einfach, schnell und kostengünstig innerhalb des Gasgenerators zu positionieren.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gasgenerator weiterzuentwickeln, sodass der Festtreibstoff stabil und sicher vor der Anzündereinheit positioniert wird. Außerdem soll der Gasgenerator einfach und kostengünstig herstellbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Gasgenerator der eingangs genannten Art, wobei der Festtreibstoff von einem ihn aufnehmenden käfigartigen, offenen Brennstoffhalter umgeben ist. Der Brennstoffhalter ragt in die Druckkammer und grenzt unmittelbar an die Anzündereinheit an, wobei die Druckkammer außerhalb des Brennstoffhalters festtreibstofffrei ist. Anders ausgedrückt befindet sich in der Druckkammer ein Festtreibstoff ausnahmslos innerhalb des Brennstoffhalters, sodass die Druckkammer außerhalb des Brennstoffhalters frei von einem Festtreibstoff ist. Hierdurch wird der Festtreibstoff unmittelbar vor der Anzündereinheit sicher positioniert. Außerdem umgibt das Druckgas den Festtreibstoff optimal, da der Brenn Stoff halter käfigartig und damit offen gestaltet ist.

Gemäß einer Variante ist der Festtreibstoff ein gasdurchlässiger Brennstoffkörper. Der zuvor beschriebene käfigartige, offene Aufbau des Brennstoffhalters eignet sich besonders gut für gasdurchlässige Brennstoffkörper, da das beim Abbrand entstehende heiße Gas sofort in den Rest der Druckkammer strömen kann. Die Zwischenräume oder Poren des Brennstoffkörpers sind mit dem Druckgas gefüllt, wodurch sich der fein verteilte Festtreibstoff immer in unmittelbarer Nähe zum Druckgas befindet. Dadurch wird im Falle einer Aktivierung der Anzündereinheit eine sehr schnelle Umsetzung des Festtreibstoffs mit dem Druckgas erreicht.

Vorteilhafterweise ist der gasdurchlässige Brennstoffkörper aus einer oder mehreren Fasern gebildet. Fasern, beispielsweise in Form eines Gewebes, einer Watte oder eines anderen textilen Materials, haben eine besonders gute Abbrandcharakteristik, da sie in den Poren und Zwischenräumen eine besonders große innere Oberfläche haben. Versuche haben gezeigt, dass mit dem käfigartigen, offenen Brennstoffhalter in Kombination mit dem faserigen Brennstoffkörper außerordentlich leistungsstarke Gasgeneratoren hergestellt werden können.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Brennstoffhalter an der Anzündereinheit befestigt. Dadurch kann der Festtreibstoff einerseits optimalerweise unmittelbar an der Anzündereinheit anliegen und andererseits erlaubt dies die Konstruktion eines einfachen Brennstoffhalters.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Brenn Stoff halter lösbar an der Anzündereinheit befestigt ist, so dass er sich nach Aktivieren der Anzündereinheit von dieser lösbar und in Richtung zur Membran bewegbar ist. Hierdurch kann sich der Brennstoffhalter samt dem daran befestigten Festtreibstoff nach einer Zündung mit dem erzeugten Gasstrom in Richtung zu einer Ausströmöffnung des Gasgenerators bewegen. Anders ausgedrückt löst sich der Brennstoffhalter nach der Aktivierung der Anzündereinheit und „fliegt“ in Richtung der Membran Dies ermöglicht eine relativ geringe Strömungsgeschwindigkeit infolge des erzeugten Gasstroms auf der Oberfläche des Festtreibstoffs, wodurch ein Löschen des gezündeten Festtreibstoffs, im Volksmund auch als Ausblasen bekannt, verhindert wird.

Vorteilhafterweise ragt die Anzündereinheit fingerartig in die Druckkammer und ist zumindest bereichsweise von einer Umfangswand eines Außengehäuses des Gasgenerators beabstandet. Konkret ist dabei die Anzündereinheit zu einem Großteil ihrer axialen Längserstreckung von der Umfangswand des Außengehäuses des Gasgenerators radial beabstandet. Insbesondere ragt die Anzündereinheit zu 50 bis 90 Prozent, vorzugsweise 60 bis 80 Prozent, ihrer axialen Längserstreckung in das Außengehäuse des Gasgenerators hinein. Der Vorteil hierbei liegt in einer noch besseren Umströmung des Brennstoffhalters und damit des darin aufgenommenen Festtreibstoffs, da der Festtreibstoff frei vom Druckgas umgeben ist und die Umfangswand dies nicht behindert.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Brennstoffhalter außen auf die Anzündereinheit aufgesteckt ist. Dabei kann ein entsprechender Sitz zwischen Brennstoffhalter und Anzündereinheit derart gewählt werden, dass sich der Brennstoffhalter bei bzw. nach einer Aktivierung des Gasgenerators von der Anzündereinheit lösen kann oder alternativ fest mit der Anzündereinheit verbunden bleibt. Das Aufstecken kann dabei insbesondere einen Formschluss, beispielsweise durch ein Einrasten des Brennstoffhalters an der Anzündereinheit und/oder einen Kraftschluss, beispielsweise durch eine Presspassung zwischen Anzündereinheit und Brenn Stoff halter, umfassen. Dadurch werden zusätzliche Hilfsmittel, wie z. B. ein Klebstoff, eingespart.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Brennstoffhalter aus Draht gebildet. Insbesondere kann der Brennstoffhalter als zylindrische und/oder kegelförmige Schraubenfeder ausgebildet sein. Draht hat den Vorteil, dass er sich einfach verarbeiten lässt, indem er in die gewünschte Form gebogen wird. Ein Brennstoffalter aus Draht kann somit kostengünstig hergestellt werden. Während sich zylindrische Schraubenfedern zur sicheren Anbringung des Brennstoffhalters an den restlichen Teilen des Gasgenerators, beispielsweise einer Anzündereinheit, anbieten, ermöglicht eine kegelförmige Schraubenfeder eine andere Ausströmung bzw. ein anderes optimiertes Ausströmungsverhalten des heißen Gases aus dem Brennstoffhalter.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung weist der Brennstoffhalter an einer der Anzündereinheit gegenüberliegenden Seite des Brennstoffhalters ein gebogenes Drahtende auf, das in Richtung zu einer Mittellinie des Brennstoffhalters gebogen ist. Wie bereits durch die kegelförmig ausgeführte Schraubenfeder kann auch durch diese Maßnahme eine axiale Sicherung gegen ein Herausrutschen des Festtreibstoffs aus dem Brennstoffhalter erfolgen. Falls der Brennstoffhalter als kegelförmige Schraubenfeder ausgeführt ist, ist das gebogene Drahtende noch stärker in Richtung der Mittellinie gebogen als es die Wicklungen der kegelförmigen Schraubenfeder ohnehin schon sind, um eine noch stärker belastbare axiale Sicherung für den Festtreibstoff zu bieten.

Insbesondere hat der Draht einen runden Querschnitt oder ist als Flachdraht ausgebildet. Runddrähte und Flachdrähte sind in anderen technischen Anwendungsgebieten abseits von Gasgeneratoren ein sehr beliebtes Halbzeug, weshalb diese sehr kostengünstig zu erwerben sind.

Es kann vorgesehen sein, dass sämtliche Außenseiten des Brennstoffhalters, insbesondere entlang seines Außenumfangs, gasdurchlässig sind. In der Praxis hat sich gezeigt, dass dadurch außerordentlich gute Ergebnisse zu erzielen sind. Die gasdurchlässigen Außenseiten ermöglichen einen gleichmäßigen Austritt des heißen Gases.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:

Figur 1 einen erfindungsgemäßen Gasgenerator gemäß einer Ausführungsform in einer Schnittansicht;

Figur 2 einen erfindungsgemäßen Gasgenerator gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Schnittansicht; und

Figuren 3a bis 3c verschiedene Ansichten eines Brennstoffhalters der erfindungsgemäßen Gasgeneratoren aus den Figuren 1 und 2.

In Figur 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasgenerators 10, auch Rohrgasgenerator genannt, dargestellt. Der Gasgenerator 10 weist ein langgestrecktes, zylindrisches Außengehäuse 12 mit einer Umfangswand 13 auf, an dessen erstem axialen Ende eine Anzündereinheit 14 üblicher Bauart vorgesehen ist und an dessen zweitem axialen Ende das Außengehäuse 12 durch eine Membran 16 gegenüber der Umgebung des Gasgenerators 10 verschlossen ist.

Ein vorzugsweiser schubneutraler Diffusor 18, der mit Ausströmöffnungen 20 versehen ist, schließt sich in axialer Richtung A an das Außengehäuse 12 an und leitet das aus dem Diffusor 18 ausströmende Gas zu der zu aktivierenden Sicherheitseinrichtung (nicht dargestellt). Die Sicherheitseinrichtung kann dadurch betrieben werden. Falls die Sicherheitseinrichtung ein Gassack ist, kann dieser aufgeblasen werden.

Das Außengehäuse 12 umgrenzt eine Druckkammer 22, die in axialer Richtung A an die Anzündereinheit 14 anschließt. Die Druckkammer 22 ist mit einem komprimierten Druckgas gefüllt. Das Druckgas umfasst ein gasförmiges Oxidationsmittel, hier Sauerstoff.

Die Anzündereinheit 14 erstreckt sich fingerartig, also stiftförmig, in die Druckkammer 22 und ist von der Umfangswand 13 beabstandet, so dass sich um die Anzündereinheit 14 herum ein entsprechender ringförmiger Abschnitt der Druckkammer 22 ausbildet bzw. erstreckt. Konkret kann dabei die Anzündereinheit 14 an eine stirnseitige Öffnung des Außengehäuses 12, insbesondere mittels einer umlaufenden Schweißnaht, befestigt sein.

Wie die Membran 16 schließt auch die Anzündereinheit 14 die Druckkammer 22 druck- und gasdicht gegenüber der Umgebung des Gasgenerators 10 ab.

Innerhalb der Anzündereinheit 14 ist ein Anzünder 23 druck- und gasdicht von der Druckkammer 22 abgetrennt. Zu diesem Zweck ist eine stirnseitige Öffnung 24 in einem Anzündergehäuse 26 der Anzündereinheit 14, in dem der Anzünder 23 aufgenommen ist, zur Druckkammer 22 hin mit einer Anzündermembran 28 verschlossen. Konkret kann dabei der Anzünder 23 in einem Halter aufgenommen sein, wobei der Halter an die der stirnseitigen Öffnung 24 gegenüberliegenden Öffnung des Anzündergehäuses 26 befestigt, insbesondere festgeschweißt, ist.

In der Druckkammer 22 ist ein Festtreibstoff 30 von einem käfigartigen, offenen Brennstoffhalter 32 aufgenommen. Der Festtreibstoff 30 und der Brennstoffhalter 32 sind also separat voneinander ausgebildet.

Der Festtreibstoff 30 ist ein einziger gasdurchlässiger Brennstoffkörper 34 aus mehreren Fasern, z. B. in Form eines Kegelstumpfes, der innerhalb der Druckkammer 22 angeordnet ist.

Da die Umsetzung des aus Fasern zusammengesetzten gasdurchlässigen Brennstoffkörpers 34 mit Sauerstoff auch eine Reaktionswärme liefert, die deutlich höher ist als bei einer Umsetzung eines typischen pyrotechnischen Festtreibstoffs, reichen bereits sehr geringe Mengen des gasdurchlässigen Brennstoffkörpers 34 aus, um die für die Erwärmung des Druckgases und/oder Erzeugung eines Überdrucks und/oder einer Erzeugung bzw. Verstärkung einer Stoßwelle in der Druckkammer 22 zur Zerstörung der Membran 16 notwendige Energie freizusetzen.

Der Brennstoffhalter 32 wird samt Brennstoffkörper 34 außen auf die Anzündereinheit 14 aufgesteckt. Der Brennstoffhalter 32 hat also den Zweck, den Brennstoffkörper 34 in der Druckkammer ortsfest zu positionieren. Wie aus den Figuren 3a bis 3c hervorgeht ist der Brenn Stoff halter 32 hier eine aus Draht gebildete Schraubenfeder mit einem runden Querschnitt, die zwischen den Windungen gasdurchlässig ist.

Außerdem hat der Brenn Stoff halter 32 einen ersten Abschnitt 36 und einen zweiten Abschnitt 38. Während der Draht im ersten Abschnitt 36 die Form einer zylindrischen Schraubenfeder hat, weist der Draht im zweiten Abschnitt 38 die Form einer kegelförmigen Schraubenfeder auf.

Die beiden Abschnitte gehen einstückig ineinander über. Das bedeutet, dass der Brennstoffhalter 32 insgesamt einstückig ausgebildet ist.

Zudem liegen die einzelnen Drahtwindungen des Brenn Stoff ha Iters 32 im ersten Abschnitt 36 bereichsweise direkt aufeinander und kontaktieren sich somit, wobei sie auch zumindest sehr nahe aneinander liegen können, wodurch dieser Vergleich zum zweiten Abschnitt 38, bei dem die einzelnen Drahtwindungen voneinander beabstandet sind, weniger elastisch ist.

Der weniger elastische erste Abschnitt 36 dient dazu, den Brennstoffhalter 32 einfach und stabil am Anzündergehäuse 26 zu befestigen (siehe Figur 1). Durch die erhöhte Steifigkeit kann der erste Abschnitt 36 einfacher außen auf die Anzündereinheit 14, also auf das Anzündergehäuse 26, gesteckt werden. Außerdem wird eine vergleichsweise geringe Aufstecklänge benötigt, da die Drahtwindungen nahe aneinander liegen bzw. direkt aufeinander liegen und eine geringe radiale Flexibilität erreicht wird.

Im Hinblick auf die Aktivierung des Gasgenerators 10 wird bei der Auslegung des Brennstoffhalters 32 außerdem darauf geachtet, dass der erste Abschnitt 36 leichtgängig auf die Anzündereinheit 14 aufgesteckt werden kann. Dies wird durch eine leichtgängige Presspassung zwischen der Außenfläche des Anzündergehäuse 26 und dem Innendurchmesser des Brennstoffhalter 32 im ersten Abschnitt 36 erreicht. Dadurch kann sich der Brennstoffhalter 32 nach einer Aktivierung durch das strömende Druckgas von der Anzündereinheit 14 lösen und sich in Richtung der geöffneten Membran 16 bewegen.

Der zweite Abschnitt 38 hat die Funktion, den Brenn Stoff körper 34 aufzunehmen und/oder in einer relativ fixen Position im Gasgenerator 10 zu positionieren. Durch das Aufstecken des ersten Abschnitts 36 auf das Anzündergehäuse 26 grenzt der Brennstoffkörper 34 unmittelbar an die Anzündereinheit 14 an. Die Druckkammer 22 außerhalb des Brennstoffhalters 32 ist festtreibstofffrei, d. h. hier ist ausschließlich Druckgas vorhanden.

Außerdem kann der Brennstoffkörper 34 in Form eines Kegelstumpfes optimal in die kegelförmige Schraubenfeder des zweiten Abschnitts 38 gefügt werden. Es ist denkbar, dass der Brennstoffkörper 34 beispielsweise in den Brennstoffhalter 32 gepresst wird und/oder auch schon vor der Montage in den Brennstoffhalter als vorgefertigte Einheit, insbesondere als ein vorverpresster Formkörper, vorliegt.

Durch den Anschlag des Brennstoffkörpers 34 an der Anzündereinheit 14 einerseits, und andererseits durch die Form des Kegelstumpfes und der zylindrisch ausgeführten Schraubenfeder kann der Brennstoffkörper 34 optional axial in der in axialer Richtung elastischen Schraubenfeder vorgespannt sein.

Außerdem hat der Brennstoffhalter 32 im zweiten Abschnitt 38 ein einwärts gebogenes Drahtende 40, das in Richtung zu einer Mittellinie M des Brennstoffhalters 32 gebogen ist (siehe Figuren 3b und 3c). Dabei ist das gebogene Drahtende 40 weiter in Richtung Mittellinie M gebogen, als es der zweite Abschnitt 38 in Form der kegelförmigen Schraubenfeder ohnehin schon ist. Dies sorgt für eine zusätzliche Sicherung bzw. einen entsprechenden mechanischen Anschlag in axialer Richtung A.

Da der gasdurchlässige Brennstoffkörper 34 eine relativ große Stauchhärte aufweist, ist es möglich, den gasdurchlässigen Brennstoffkörper 34 in den Brennstoffhalter 32 einzupressen und in axialer und in radialer Richtung zu stauchen, sodass der gasdurchlässige Brennstoffkörper 34 durch einen Kraftschluss im Brennstoffhalter gehalten wird. Unterstützend wirkt dabei die konische Form des Kegelstumpfes, durch die sich der Brennstoffkörpers 34 leicht in den Brennstoffhalter 32 einführen lässt und die Klemmwirkung erst bei vollständig oder nahezu vollständig eingeführtem Brennstoffkörper 34 eintritt.

Nachfolgend wird zum besseren Verständnis kurz auf die Aktivierung des Gasgenerators 10 eingegangen.

Bei der Aktivierung des Gasgenerators 10 erhält die Anzündereinheit 14 ein elektrisches Signal zum Zünden des Anzünders 23. Der plötzliche Druckanstieg in der Anzündereinheit 14 und/oder heiße Partikel, zerstören zunächst die Anzündermembran 28. Danach wird der gasdurchlässige Brennstoffkörper 34 in der Druckkammer 22 durch das von der Anzündereinheit 14 freigesetzte heiße Gas und/oder Partikel entzündet bzw. aktiviert. Die bei dieser Umsetzung auftretende Wärmeentwicklung erwärmt das Druckgas, so dass ein Überdruck entsteht. Durch diesen Überdruck wird die Membran 16 geöffnet und das erwärmte Druckgas kann aus der Druckkammer 22 über die Ausströmöffnungen 20 des Diffusors 18 in die Umgebung ausströmen und beispielsweise eine Sicherheitseinrichtung betätigen. Auch ist es möglich, dass durch das abrupte Zerstören der Anzündermembran 28 eine Stoßwelle erzeugt wird, welche mit einer sehr hohen Geschwindigkeit, vorzugsweise mit Überschallgeschwindigkeit, längsaxial durch die Druckkammer läuft bzw. sich entsprechend bewegt, um rein durch Wirkung der Stoßwelle selbst, die Membran 16 zu öffnen. Zusammenfassend ausgedrückt, kann die Membrane 16 sowohl nur durch eine entsprechende Ausbildung einer Stoßwelle als auch nur durch Ausbildung eines Überdrucks geöffnet werden.

In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasgenerators 10 abgebildet. Sie unterscheidet sich dahingehend von der zuvor beschriebenen Ausführungsform nach Figur 1 , dass der gasdurchlässige Brennstoffkörper 34 nun aus mehreren Fasern in Form eines Faserknäuels gebildet ist und nicht mehr die Form eines Kegelstumpfes hat.

Es ist jedoch auch denkbar, dass der Brennstoffkörper 34 eine beliebige andere Faseranordnung aufweist, beispielsweise eine geordnete Faseranordnung, wie sie in einem textilen Material vorkommt.

Sämtliche beschriebene Eigenschaften und Funktionsweisen der zuvor beschriebenen Ausführungsform gemäß Figur 1 , die gleichzeitig nicht zwangsweise die konische Form des Brennstoffkörpers 34 erfordern, treffen auch auf die Ausführungsform gemäß Figur 2 zu.

So wird der Brennstoffkörper 34 wie zuvor in den zweiten Abschnitt 38 des Brennstoffhalters 32 eingepresst. Die Sicherung des Brennstoffkörpers 34 in axialer Richtung erfolgt hier vorrangig durch das gebogene Drahtende 40 und durch den Anschlag an der Anzündereinheit 14.