CN114829211A - 气体发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于车辆中的安全装置的气体发生器(10)，其具有壳体(12)和位于该壳体(12)内的燃烧室(36)，其中，在所述燃烧室(36)中容纳有烟火推进剂(38)和至少一个填充体(40)。填充体(40)由三聚氰胺树脂泡沫构成。

Description

气体发生器
技术领域
本发明涉及用于车辆中的安全装置的气体发生器。
背景技术
例如，气体发生器输送气体以填充气囊或用于驱动安全带张紧器。为此，气体发生器在燃烧室中包含产生气体的烟火推进剂，该烟火推进剂可以根据需要被激活并且在形成气态产物的情况下很快分解。
烟火推进剂是有机或无机燃料和氧化剂的平衡混合物，其通常含有氮和碳。为了控制燃烧特性，可以将推进剂制成合适的形式，例如不同几何结构的片剂、挤出物和颗粒。
由于推进剂在燃烧室内的运动、例如通过振动可能引起嘎嘎作响的噪声。为了防止燃料在燃烧室内的不期望的运动，使用填充体以将推进剂固定到燃烧室中。
弹性线体或片体、硅胶体或硅胶泡沫通常用作填充体。
然而线体或片体具有高的重量和低的永久弹性。此外，它们可能会对气体发生器的功率产生负面影响，因为它们可能会至少部分吸收烟火推进剂反应过程中产生的热，并且由此将气体冷却。此外，这种类型的构件可能会将吸收的热量散发到其它构件，由此例如在多级气体发生器中，可能在其它燃烧室上出现不希望的过度点火。
硅胶模制体较昂贵并且仅具有低的体积补偿能力。硅胶泡沫补偿较多的体积，但在燃烧期间可能具有太低的稳定性。此外，通过硅胶的分解可能会产生不利的气体、可燃气体和/或微尘。
发明内容
本发明的目的是：提供一种成本上有利的气体发生器，该气体发生器适于在安全装置中使用，并且利用该气体发生器可以克服现有技术的缺点。
根据本发明，所述目的通过用于车辆中的安全装置的气体发生器得以实现，该气体发生器具有壳体和位于该壳体内的燃烧室，其中，在燃烧室中容纳有烟火推进剂和至少一个填充体，并且该填充体由三聚氰胺树脂泡沫构成。
由三聚氰胺树脂泡沫制成的至少一个填充体提供了高体积补偿能力、长期稳定并且可以成本上有利地获得。
三聚氰胺树脂是人造树脂，这些人造树脂基于三聚氰胺和甲醛并且可以借助缩聚作用构成支化网络。三聚氰胺-苯酚-甲醛树脂和/或三聚氰胺-脲-甲醛树脂也可以用作三聚氰胺树脂。
本发明的一个优点是：由三聚氰胺树脂泡沫制成的填充体功率中性地分解。术语“功率中性”在此被理解为：填充体的分解消耗的能量大致与三聚氰胺树脂泡沫转化成气态反应产物、特别是通过三聚氰胺树脂泡沫中存在的碳转化成CO2所提供的能量一样多。
三聚氰胺树脂泡沫还具有的优点是：它们仅仅分解成N2和CO2。相应地，在由三聚氰胺树脂泡沫制成的至少一个填充体分解时不产生不利的气体。此外，通过三聚氰胺树脂泡沫的分解产生额外的气体，该额外的气体有助于进一步提高压力并且有助于气体发生器的气体产量。
三聚氰胺树脂泡沫还具有低导热性。由此，三聚氰胺树脂泡沫的分解不对气体发生器性能产生负面影响，并且防止了气体发生器的设置在至少一个填充体附近的构件被不期望地加热。
至少一个填充体特别是与烟火推进剂接触，使得三聚氰胺树脂泡沫的选取特别可以根据与所选推进剂的相容性来进行。
烟火推进剂可以包含燃料并且可选地可以包含氧化剂。原则上可以考虑本领域技术人员从现有技术中已知的所有烟火推进剂。
燃料可以包括选自由硼、铝、硅、镁、铁、钛、钨、铜、碳、锆、上述元素的合金、硝基***酮、硝化纤维素、胍化合物、特别是硝酸胍、和/或其组合组成的组的材料。
氧化剂可以包括选自由高氯酸钾、硝酸钾、氯酸钾、硝酸钡、硝酸锶、硝酸钠、高氯酸钠、硝酸锂、氧化铁、氧化铜、高氯酸铵、硝酸铵和/或其组合组成的组的材料。
在一种变型中，三聚氰胺树脂泡沫是热固性塑料聚合物泡沫。
三聚氰胺树脂可以通过逐步缩聚作用聚合成支化网络，该三聚氰胺树脂得出热塑性的聚合物泡沫。特别地，三聚氰胺树脂泡沫是完全聚合(durchpolymerisiert)的，这理解为，聚合物泡沫中基本上所有的游离官能团、特别是所有游离的羟基和氨基都反应掉了(abreagieren)。在这种情况下，仅在聚合物泡沫的游离链端仍存在游离官能团。
在另一变型中，三聚氰胺树脂泡沫是开孔聚合物泡沫。在这种情况下，通过开孔结构可以实现特别好的吸声，这是因为声波不仅仅被至少一个填充体的表面反射，而且可以渗透到填充体中。随后声能可以消散在三聚氰胺树脂泡沫的网络中。通过良好的吸声抑制了气体发生器中嘎嘎作响的噪声。如果气体发生器安装在车辆上或车辆中，则嘎嘎作响的噪声可能例如通过车辆在行驶时的轻微振动产生。
通过开孔结构还提高了三聚氰胺树脂泡沫或由三聚氰胺树脂泡沫制成的填充体的成型中的柔性。
填充体特别是可弹性变形的。以此方式实现了由三聚氰胺树脂泡沫制成的填充体的特别好的减震效果，同时获得长期稳定性。
至少一个填充体可以具有至少200℃、优选至少240℃并且特别优选至少300℃的分解温度，以及最高400℃的分解温度。较低的分解温度可能会导致填充体在气体发生器的使用寿命期间的不期望的损坏或导致提前分解，而较高的分解温度可能会在气体发生器的触发情况下阻止填充体的完全燃烧。
至少一个填充体可以具有在3至15g/L、优选4至12g/L、特别优选4至9.5g/L范围内的密度。以这种方式实现了至少一个填充体的非常轻的重量，由此可以降低气体发生器的总重量。
至少一个填充体可以以长方体、柱体、中空柱体、球体、垫子、盘和/或孔盘的形式存在。
至少一个填充体的形式特别可以适配气体发生器的几何结构以及所使用的烟火推进剂的几何结构。
至少一个填充体可以设置在烟火推进剂之间和/或包围烟火推进剂。
三聚氰胺树脂泡沫可以特别容易地以多种形式提供。为此，通常首先制造由三聚氰胺树脂泡沫制成的块，随后将其分成垫子、例如借助刀网格(Messergatte)。随后可以从垫子上冲压出任意的几何结构。
至少一个填充体特别设置在燃烧室的壁上，从而防止烟火推进剂撞击在燃烧室的壁上。
在一种变型中，气体发生器具有多个燃烧室，这些燃烧室中分别容纳有烟火推进剂和至少一个填充体。由于填充体的低导热性，燃烧室可以彼此热解耦。以此方式防止了，推进剂在第一燃烧室中被点燃时产生的热不期望地经由填充体传导到另一燃烧室处并且在那里导致该另一燃烧室中的推进剂被点燃。因此可以进一步增加对气体发生器在触发情况下的行为的控制。
除了由三聚氰胺树脂泡沫制成的至少一个填充体之外，气体发生器特别是不具有另外的体积补偿件，即仅存在三聚氰胺树脂泡沫作为填充体。相应地，在这种变型中特别是没有设置由线材、片材、硅胶弹性体和/或硅胶泡沫制成的体积补偿件。
气体发生器也可以是模块的组成部分，该模块额外包括可充气气囊和用于将模块安装在车辆中的紧固装置。
根据本发明的气体发生器也可以是车辆安全***的组成部分，特别是用能由气体发生器充气的特别是作为模块的一部分的气囊和电子控制单元来保护人员、例如车辆的乘员和/或路人，在存在触发情况时借助所述电子控制单元可以激活根据本发明的气体发生器。
附图说明
本发明的其它特性和优点从以下对示例性实施方式的描述和附图中得出，这些实施方式不应被以限制性意义理解。附图中：
图1示出了根据本发明的气体发生器；
图2示出了参考气体发生器和根据本发明的气体发生器之间的罐压力曲线的比较。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的气体发生器10。气体发生器10具有长形延伸的柱形的壳体12，在该壳体的第一轴向端部处设置有点火器14，并且在该壳体的第二轴向端部处，壳体12通过膜片16相对气体发生器10的环境封闭。
设置有流出开口20的扩散器18在轴向方向上连接到壳体12上并将从扩散器18流出的气体引导至待激活的安全装置(未示出)。
壳体12界定了压力室22，该压力室在轴向方向A上连接到点火器14。压力室22填充有压缩的加压气体24。
加压气体24包括至少一种惰性气体，例如氩气、氦气和/或氮气或另一种合适的气体混合物，并且加压气体还可以包含气态氧化剂。在这种情况下，气态氧化剂的特别是大部分、即超过50摩尔百分比由氧气组成。
点火器14压力密封和气体密封地相对压力室22分离。为此目的，在其中容纳有点火器14的点火器壳体28中的开口26用点火器膜片30相对压力室22封闭。
壳体12构成气体发生器10的外壳并且设置有环绕的环形槽32，爆裂元件34保持在该环形槽上。
爆裂元件34将压力室22分开，其中构成在轴向方向A上邻接点火器14的燃烧室36。
在燃烧室36中设置有烟火推进剂38和填充体40。
在所示实施方式中，烟火推进剂38呈片剂形式，其被填充体40包围地存在于燃烧室36内。
烟火推进剂38作为燃料包括胍化合物、特别是硝酸胍。
在所示实施方式中，填充体40由第一填充体件42和第二填充体件44组成。
第一填充体件42在此成形为，产生中空空间46，烟火推进剂38容纳在该中空空间中。特别地，第一填充体件42以一侧开放的中空柱体的形式构成，其自由端部通过第二填充体件44封闭。
构造为中空柱体的填充体40可以形状锁合或力锁合地贴靠在壳体12上、或者可以延伸直至环形槽32为止并因此固定在压力室22中。
填充体40由热塑性的三聚氰胺树脂泡沫构成。三聚氰胺树脂泡沫还具有开孔结构并且可弹性变形。
填充体40具有至少200℃、优选至少240℃并且特别优选至少300℃的分解温度，以及最高400℃的分解温度。
此外，填充体40具有在3至15g/L、优选4至12g/L、特别优选4至9.5g/L范围内的密度。
原则上，第一填充体件42和第二填充体件44在它们的组成和它们的性质方面也可以不同，例如它们可以具有不同的分解温度和/或密度。以此方式可以进一步适配气体发生器10在触发情况下的行为。
此外，在爆裂元件34前面设置有筛网48，该筛网在燃烧室36中与点火器14相对相对。
这种气体发生器特别可以设计成，通过爆裂元件34的破坏触发冲击波，该冲击波快速且安全地打开膜片16。
作为图1所示实施方式的替代方案，爆裂元件34也可以省略。燃烧室36和压力室22则仅通过可以固定在环绕的环形槽32上的筛网48彼此分离。此外，压力平衡通过筛网48建立，使得烟火推进剂38和填充体40可以与加压气体24和可选地包含在其中的氧化剂直接接触。
在此所示或描述的具有加压气体24的气体发生器也可以称为混合气体发生器、必要情况下也称为冷式气体发生器，因为它具有一部分储存的加压气体。然而，本发明不限于此，这意味着本发明也涵盖所谓的“纯”烟火气体发生器，其没有一部分储存的加压气体。换言之，气体发生器内预储存的加压气体的存在对于本发明来说不是必需的或关键的。
在激活气体发生器10时，点火器14以已知方式获得电信号，以便将其点燃。点火器14中伴随的突然的压力增加首先破坏点火器膜片30。同时或紧随其后，燃烧室36中的填充体40和烟火推进剂38被由点火器14释放的热气体和/或颗粒加热，因而烟火推进剂38开始转化。
在烟火推进剂38的转化过程中产生的热也分解了填充体40，其中，填充体40性能中性地分解并且作为填充体40的反应产物仅产生N2和CO2。
在该转化过程中产生的放热也加热加压气体24，因而产生过压。通过该过压首先破坏爆裂元件34，然后膜片16被猛然地打开。加热的加压气体24然后可以经由扩散器18和流出开口20从压力室22流出到周围环境中并操纵安全装置。
爆裂元件34的破坏还可以触发冲击波，该冲击波传播穿过压力室22并且膜片16非常迅速地打开。
冲击波也可以从点火器膜片30亦或从点火器14本身出发。填充体40则可以用来放大和/或控制冲击波。
如上面已经阐述的那样，图1所示的气体发生器10代表混合气体发生器。原则上，根据本发明的气体发生器可以是其中使用填充体的任意类型的气体发生器、例如烟火气体发生器。
图2示出了所谓的“罐测试”的压力-时间曲线。在罐测试中，标准气体发生器装载有烟火推进剂并且在具有限定体积(60升)的封闭测试罐中激活。在燃烧期间测量罐内的压力并且以此方式获得压力-时间曲线(在图2中，压力p以bar为单位，时间t以毫秒为单位)。
压力-时间曲线可以用于相应的烟火推进剂的弹道特性描述以及用于评估标准气体发生器中其它组成部分的行为。
图2中所示的线a表示参考气体发生器的压力-时间曲线，该参考气体发生器使用由金属编结物制成的构件作为体积补偿件，如其在现有技术中已知的那样。
线b表示根据本发明的气体发生器的压力-时间曲线，根据本发明的气体发生器使用由三聚氰胺树脂泡沫制成的填充体作为体积补偿件。
除此之外，在两个罐测试中使用相同的构件、相同的载荷和相同的推进剂成分。因此，测试之间的相对变化归因于不同的体积补偿件。
如从图2中可以看出的那样，根据本发明的气体发生器的曲线走向基本上对应于参考气体发生器的曲线走向。相应地，由三聚氰胺树脂泡沫制成的填充体适合作为已知体积补偿件的替代品，但额外具有上述优点。
当使用由三聚氰胺树脂泡沫制成的填充体时还实现了略快的压力建立和更高的最终压力，如从压力-时间曲线、特别是在30ms的时间t附近以及罐测试结束时在达到的最终压力中看到的那样。
可以达到的压力的差异归因于额外由三聚氰胺树脂泡沫分解释放的气体以及参考气体发生器中金属编结物的不利冷却效果。

Claims (9)

1.用于车辆中的安全装置的气体发生器(10)，该气体发生器具有壳体(12)和位于所述壳体(12)内的燃烧室(36)，其中，在所述燃烧室(36)中容纳有烟火推进剂(38)和至少一个填充体(40)，并且所述填充体(40)由三聚氰胺树脂泡沫构成。
2.根据权利要求1所述的气体发生器，其特征在于，所述三聚氰胺树脂泡沫是热塑性的聚合物泡沫。
3.根据权利要求1或2所述的气体发生器，其特征在于，所述三聚氰胺树脂泡沫是开孔的聚合物泡沫。
4.根据前述权利要求中任一项所述的气体发生器，其特征在于，所述至少一个填充体(40)是可弹性变形的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的气体发生器，其特征在于，所述至少一个填充体(40)具有至少200℃、优选至少240℃并且特别优选至少300℃的分解温度，以及最高400℃的分解温度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的气体发生器，其特征在于，所述至少一个填充体(40)具有在3至15g/L、优选4至12g/L、特别优选4至9.5g/L范围内的密度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的气体发生器，其特征在于，所述至少一个填充体(40)为长方体、柱体、中空柱体、球体、垫子、盘和/或孔盘的形式。
8.根据前述权利要求中任一项所述的气体发生器，其特征在于，所述气体发生器(10)具有多个燃烧室(36)，这些燃烧室中分别容纳有烟火推进剂(38)和至少一个填充体(40)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的气体发生器，其特征在于，所述气体发生器(10)不具有另外的体积补偿件。
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