Der Gasgenerator ist das sicherheitskritische Herzstück jedes Airbagsystems. Innerhalb weniger Millisekunden muss er eine definierte Gasmenge mit präzise kontrolliertem Druck und Temperatur bereitstellen – zuverlässig, reproduzierbar und unter extremen Bedingungen. Die dabei ablaufenden strömungsphysikalischen Vorgänge – Verdichtungsstöße, Expansionswellen, Wärmeübertragung und reales Gasverhalten – sind hochdynamisch und messtechnisch kaum vollständig erfassbar. Die numerische Strömungssimulation (CFD) ist daher ein unverzichtbares Werkzeug in der Entwicklung und Auslegung moderner Gasgeneratoren.

Simulation kompressibler Strömungen im Gasgenerator

Im Gegensatz zu inkompressiblen Strömungen – etwa in klassischen Hydrauliksystemen – müssen bei Gasgeneratoren für Airbags alle wesentlichen Effekte der kompressiblen Gasdynamik berücksichtigt werden. Unsere CFD-Simulationen bilden diese physikalischen Phänomene vollständig ab:

• Verdichtungsstöße (Schockwellen) – abrupte, diskontinuierliche Zustandsänderungen im Strömungsfeld mit sprunghaftem Anstieg von Druck, Dichte und Temperatur; maßgeblich für Druckspitzen und strukturelle Belastungen im Gehäuse
• Expansionswellen – Prandtl-Meyer-Expansion an Geometrieübergängen und Düsenabschnitten, relevant für die Strömungsführung und Impulsverteilung im Gasstrom
• Kompression und Expansion – Einfluss auf Temperatur- und Druckentwicklung im transienten Befüllungsvorgang des Airbag-Kissens
• Überschallströmungen und Machzahlverteilung – Auslegung von Düsen und Ausströmöffnungen für definierte Strömungsregime

Stationäre und transiente Simulation – Methodik und Werkzeuge

Je nach Fragestellung setzen wir auf stationäre Simulationen für die Grundauslegung und Parameterstudien oder auf vollständig transiente Berechnungen zur Abbildung des hochdynamischen Zündungs- und Befüllungsprozesses. Unsere Simulationsworkflows basieren auf bewährten Open-Source- und kommerziellen CFD-Solvern und werden über unsere Softwareumgebung InsightCAE effizient gesteuert:

• Dichtebasierte Solver für kompressible Hochgeschwindigkeitsströmungen mit Stoßerfassung
• Adaptive Zeitschrittsteuerung für stabile transiente Simulationen mit CFL-Kriterium
• Netzverfeinerung in Schockzonen und wandnahen Bereichen für präzise Gradienten­auflösung
• Parametrisierte Modellaufbauten für effiziente Variantenstudien zu Geometrie, Druck und Gasspezifikation

Anwendungsfelder und Entwicklungsziele

Die CFD-Simulation von Airbag-Gasgeneratoren unterstützt alle Phasen der Produktentwicklung – von der Konzeptauslegung bis zur virtuellen Absicherung vor dem Crash-Test:

• Auslegung und Optimierung von Düsen- und Ausströmgeometrien für definiertes Befüllungsverhalten
• Bewertung verschiedener Generatorkonzepte – pyrotechnisch, Hybrid oder Kaltgas – hinsichtlich Druck-Zeit-Verlauf und Gastemperatur
• Thermische Absicherung des Airbag-Gewebes durch Begrenzung der Gasaustrittstemperatur
• Funktionsnachweis bei Extremtemperaturen gemäß Automobilnormen (z. B. −40 °C bis +85 °C Umgebungstemperatur)
• Reduktion von Entwicklungskosten und Prüfaufwand durch virtuelle Variantenbewertung vor dem physischen Prototyp

CFD-Simulation für Ihren Gasgenerator anfragen

Sie entwickeln oder optimieren einen Gasgenerator für Airbagsysteme oder verwandte pyrotechnische bzw. pneumatische Anwendungen? Sprechen Sie uns an – wir erarbeiten gemeinsam mit Ihnen ein präzises Simulationsmodell, das Ihren Entwicklungsprozess beschleunigt und absichert.