DE19720347C2

DE19720347C2 - Öffnungsvorrichtung für Gasgeneratoren

Info

Publication number: DE19720347C2
Application number: DE1997120347
Authority: DE
Inventors: Hans Spies
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2017-05-16
Also published as: DE19720347A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Öffnungsvorrichtung für Gasgeneratoren ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es sind verschiedene gattungsgemäße Öffnungsvorrichtungen für Gasge neratoren bekannt. In der US 5 022 674 erfolgt das Öffnen der Dicht scheibe für einen Hochdruckbehälter - der Treibstoffkammer - mit einer Schockwelle, die einen hohen Druck erzeugt, wobei heiße Treibgase die se Dichtscheibe thermisch wegschmelzen. Hier wird ein gaserzeugender Sprengstoff in der Nähe der Dichtscheibe angebracht. In der EP 0 601 489 A1 wird die Treibstoffkammer eines Flüssiggasgenerators mechanisch durch ein Durchschlagselement geöffnet. Hier wird eine Treibladung dazu verwendet das Durchschlagselement zu beschleunigen. Die US 5 230 532 A offenbart einen Öffnungsmechanismus bei dem durch eine Heizvorrichtung im Innern der Treibstoffkammer der Innendruck durch die Erwärmung solange erhöht wird bis der Verschluß zerstört wird. Bei dieser Ausführung erfolgt eine Öffnung des Verschlusses ohne pyro technische Mittel. Andere Öffnungsvorrichtungen bestehen darin, daß Sprengstoff auf dem Verschluß, insbesondere der Berstmembran, der Treibstoffkammer angebracht wird und dieser durch die Zündung des Sprengstoffes zerstört wird.

Nachteilig bei den bisherigen pyrotechnischen Öffnungsvorrichtungen ist jedoch, daß sowohl ein Verschluß als auch eine Sprengladung im Hybrid- Gasgenerator angebracht werden muß und, daß bei der Verbrennung der Anzündsprengladung immer ein Gas entsteht, das in der Regel gesund heitsgefährdend ist. Bei den elektrischen und/oder magnetischen Öff nungsvorrichtungen ist die Einkopplung der Energie in den Verschluß oder in den Treibstoffbehälter sehr aufwendig und die Öffnungszeiten sind relativ lang.

Weiterhin sind in der US 3 135 205 Koruskativstoffe für ballistische Zwec ke offenbart. Bei Koruskativstoffen handelt es sich um intermetallische Legierungen die gaslos und ohne Volumenänderung Energie freisetzen. Derartige Wärmedetonatoren bestehen aus einer intermetallisch exo therm reagierenden Stoffkombination, wie beispielsweise MgTe, MgS, TiSbPb usw. und sind im Stande nach Erreichen der Reaktionstemperatur unter Legierungsbildung relativ große Energiemengen, insbesondere pro Volumeneinheit freizusetzen.

In der US 3 209 937 ist eine Öffnungsvorrichtung für einen Druckbehälter offenbart. Der Behälter wird von einer Membran verschlossen. Um die Membran mechanisch zu entlasten wird sie von einem Kolben gestützt. Der Kolben wird von einer Halterung fixiert. Die Halterung beinhaltet einen Koruskativstoff, der bei einer thermischen Erwärmung exotherm reagiert. Bei der exothermen Reaktion wird die Halterung zerstört. Der Kolben ver liert seinen Halt und die Membran hält dem Innendruck des Behälters nicht mehr Stand und wird geöffnet. Nachteilig hierbei ist jedoch der auf wendige Aufbau der Öffnungsvorrichtung für die Membran. Hierbei muß die Membran so beschaffen sein, daß sie allein dem Druck im Druckbehäl ter nicht standhält und von einem Kolben abgestützt werden muß. Um die Membran zu öffnen muß dann die Halterung des Kolbens zerstört werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Öffnungsvorrichtung aufzuzeigen die einen Verschluß einer Treibstoffkammer einfach und schnell und ohne die Entstehung schädlicher Gase, aufmacht bzw. zer stört.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß beim Öffnen kein Gas entsteht, welches eine Druckwelle erzeugt, die einen Fahrzeu ginsassen erschrecken kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den ab hängigen Ansprüchen. Dabei können die Mittel zur Initiierung der exo thermen Reaktion elektrische oder optische Energie erzeugen. Weiterhin kann auch die Energie, die während der exothermen Reaktion entsteht, zur Erwärmung des in der Treibstoffkammer befindlichen Treibstoffes verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der Tabelle und den Figuren dargestellt werden.

Es zeigen:

Fig. 1: Tabelle mit den bekanntesten Koruskativstoffen.

Fig. 2: Öffnungsvorrichtung mit einem Verschluß, der aus einem Koruskativstoff besteht, und einer Heizvorrichtung zur Initiie rung.

Fig. 3: Öffnungsvorrichtung mit einem Verschluß, der aus einem Koruskativstoff besteht, und einer Elektrodenanordnung zur Initiierung.

Fig. 4: Öffnungsvorrichtung mit einem Verschluß, der aus einem Koruskativstoff besteht und einem Laser zur Initiierung.

Fig. 1 zeigt eine Tabelle mit den bekanntesten Koruskativstoffen. Diese Tabelle stammt aus: "Int. Jahrestag.-Frauenhofer-Inst. Treib-Explosivst. (1985), 16th (Pyrotech.: Basic Princ., Technol., Appl.), S. 40-12". Die an gegebenen Koruskativstoffe können zu festen druckbeständigen Platten verarbeitet werden. Die Entzündungstemperatur derartiger Stoffe also die zur Auslösung der exothermen Reaktion benötigten Initiierungsenergie ist im Vergleich zur Reaktionstemperatur, die bei der eigentlichen exother men Reaktion entsteht, gering. In den Ausführungsbeispielen ist der ver wendete Koruskativstoff Al₂Te₃. Seine Entzündungtemperatur beträgt 532°C. Die Reaktionstemperatur ist 1160°C. Die in Versuchen gemessene Bildungsenthalpie beläuft sich 1,338 kJ/g. Zur Beeinflussung der Initiie rungsgeschwindigkeit kann weiterhin der Koruskativpreßling mit Wärmei solatoren oder Wärmeleitern durchsetzt sein (Int. Jahrestag.-Frauenhofer- Inst. Treib-Explosivst. (1985), 16th (Pyrotech.: Basic Princ., Technol., Appl.), S.: 40-4 und 40-14), so daß die Entzündungstemperatur nur an einer kleinen Stelle die Initiierung der exothermen Reaktion bewirkt und nicht über eine große Fläche eingebracht werden muß. Bei der exother men Reaktion zersetzt sich der Koruskativstoff Al₂Te₃ gaslos und ohne Volumenänderung.

Fig. 2 zeigt einen Hybrid- bzw. Flüssiggasgenerator, dessen als Ver schluß dienende Membran 3 aus einem Koruskativstoff wie z. B.: Al₂Te₃ besteht. Die zur Initiierung benötigte Entzündungstemperatur wird durch eine elektrische Erwärmungsvorrichtung 6 erreicht. In einer Treib stoffkammer 1, welche im Anwendungsbeispiel als Gasflasche ausgebil det ist, befindet sich der Treibstoff 2 zum Aufblasen eines Luftsackes. Dieses Treibmittel 2 kann in der Gasflasche 1 als Gas oder Flüssigkeit vorliegen. Die Gasflasche 1 ist durch die Membran 3 abgedichtet. Die Membran 3 besteht ganz oder teilweise aus einem Koruskativstoff. Die Wandung 7 mit den Durchlaßöffnungen 4 bildet zusammen mit der Wan dung 8 und die Membran 3 die Anzündkammer 9. In der Anzündkammer befindet sich auch die Erwärmungseinrichtung 6 deren Anschlüsse zur Energiezuführung durch die Anzündkammerwand 8 nach außen geführt werden. An der Erwärmungseinrichtung 6 befindet sich eine Heizvorrich tung 10 mit der innerhalb kürzester Zeit hohe Temperaturen erzeugt wer den können. Hierbei kann es sich um eine Glühdraht oder eine Art Lötspitze handeln. Im Falle einer Auslösung des Gasgenerators wird die Erwärmungseinrichtung 6 durch die Zuleitungen mit Energie versorgt. Da durch erhöht sich die Temperatur an der Heizvorrichtung 10, solange bis die Entzündungstemperatur des Koruskativstoffes erreicht ist. Beim Errei chen der Entzündungstemperatur setzt an der Membran 3 die exotherme Reaktion des Koruskativstoffes ein und die Membran 3 löst sich unter der Bildung von Wärme auf. Dabei entweicht der Treibstoff 2 aus der Gasfla sche 1 und das ausströmende Gas erwärmt sich. Durch die Durchlaßöff nungen 4 in der Anzündkammer 9 entweicht das Gas in die Sicherheits vorrichtung z. B. einen Luftsack, wo es einen Aufprall abdämpfen kann. Für die Initiierung des Zerfalls der Membran 3, die zumindest teilweise aus einem Koruskativstoff besteht, durch die Heizvorrichtung 10 ist es nur nö tig eine kleine Stelle auf die Entzündungstemperatur zu erhitzen.

Fig. 3 zeigt einen Hybrid- bzw. Flüssiggasgenerator, dessen Membran 3 aus einem Koruskativstoff wie z. B.: Al₂Te₃ besteht. Die zur Initiierung be nötigte Entzündungstemperatur wird durch eine Funken 12 erzeugende Vorrichtung 10, 11 in der Anzündkammer 9 erreicht. In der Treibstoffkam mer 1, welche im Anwendungsbeispiel als Gasflasche ausgebildet ist, be findet sich der Treibstoff 2 zum Aufblasen eines Luftsackes. Dieses Treibmittel 2 kann in der Gasflasche 1 als Gas oder Flüssigkeit vorliegen. Die Gasflasche 1 ist durch einen Verschluß 3 abgedichtet. Der Verschluß 3 besteht ganz oder teilweise aus einem Koruskativstoff. Die Wandung 7 mit den Durchlaßöffnungen 4 bildet zusammen mit der Wandung 8 und dem Verschluß 3 die Anzündkammer 9. In der Anzündkammer befindet sich weiter die Funken 12 erzeugende Vorrichtung 10, 11 deren An schlüsse zur Energiezuführung durch die Anzündkammerwand 8 nach außen geführt werden. Die Funken 12 erzeugende Vorrichtung 10, 11 besteht im wesentlichen aus einer Anode 10 und einer Kathode 11 mit der innerhalb kürzester Zeit heiße Funken 12 erzeugt werden können. Im Falle einer Auslösung des Gasgenerators werden Anode 10 und Kathode 11 auf ein hohes Potential gelegt, so daß energiereiche Funken 12 ent stehen oder sich ein starkes, energiereiches elektrisches Feld aufbaut. Dadurch erhöht sich die Temperatur des Koruskativstoffes bis die Entzün dungstemperatur erreicht ist. Beim Erreichen der Entzündungstemperatur setzt an der Membran 3 die exotherme Reaktion des Koruskativstoffes ein und die Membran 3 löst sich unter der Bildung von Wärme auf. Dabei entweicht der Treibstoff aus der Gasflasche 1 und das ausströmende Gas erwärmt sich. Durch die Durchlaßöffnungen 4 in der Anzündkammer 9 entweicht das Gas in die Sicherheitsvorrichtung z. B. einen Luftsack, wo es einen Aufprall abdämpfen kann. Die energiereichen Funken 12 müssen für die Initiierung des Zerfalls der Membran 3, nur auf einen kleinen Teil der Membran 3 einwirken, die zumindest teilweise aus einem Koruskativ stoff besteht.

Fig. 4 zeigt einen Hybrid- bzw. Flüssiggasgenerator, dessen Verschluß 3 aus einem Koruskativstoff wie z. B.: Al₂Te₃ besteht. Die zur Initiierung benötigte Entzündungstemperatur wird durch eine Laser 13 erreicht. In einer Treibstoffkammer 1, welche im Anwendungsbeispiel als Gasflasche ausgebildet ist, befindet sich der Treibstoff 2 zum Aufblasen eines Luft sackes. Dieses Treibmittel 2 kann in der Gasflasche 1 als Gas oder Flüs sigkeit vorliegen. Die Gasflasche 1 ist durch eine Membran 3 abgedichtet. Die Membran 3 besteht ganz oder teilweise aus einem Koruskativstoff. Die Wandung 7 mit den Durchlaßöffnungen 4 bildet zusammen mit der Wandung 8 und der Membran 3 die Anzündkammer 9. In der Anzünd kammer 9 befindet sich weiter der Laser 13 dessen Anschlüsse 5 zur Energiezuführung durch die Anzündkammerwand 8 nach außen geführt werden. Der Laser 13 erzeugt eine energiereichen Strahl 14 mit der in nerhalb kürzester Zeit hohe Temperaturen an der Membran 3 erzeugt werden können. Im Falle einer Auslösung des Gasgenerators wird der Laser 13 durch die Zuleitungen 5 mit Energie versorgt. Der Laserstrahl 14 wirkt dann solange auf die Membran 3 ein, die aus einem Koruskativstoff besteht, bis die Entzündungstemperatur des Koruskativstoffes erreicht ist. Beim Erreichen der Entzündungstemperatur setzt an der Membran 3 die exotherme Reaktion des Koruskativstoffes ein und die Membran 3 löst sich unter der Bildung von Wärme auf. Dabei entweicht der Treibstoff aus der Gasflasche 1 und das ausströmende Gas erwärmt sich. Durch die Durchlaßöffnungen 4 in der Anzündkammer 9 entweicht das Gas in die Sicherheitsvorrichtung z. B. einen Luftsack, wo es einen Aufprall abdämp fen kann. Für die Initiierung des Zerfalls der Membran 3, die zumindest teilweise aus einem Koruskativstoff besteht, durch den Laser 13 ist es nur nötig eine kleine Stelle zu bestrahlen.

Auch kann die Initiierungsenergie, durch magnetische bzw. elektroma gnetische Strahlung oder andere Energieübertragungsmechanismen auf den Koruskativstoff übertragen werden.

Bei den oben beschrieben Öffnungsmechanismen entstehen bei der Zer störung der Membran keine zusätzlichen Gase, das heißt die Sicherheits vorrichtung wird nur mit dem Gas 2 in der Treibstoffkammer 1 versorgt. Zusätzliche schädliche oder gesundheitsgefährdende Stoffe fallen nicht an. Die festen, umherfliegenden Bestandteile des Koruskativstoffes kön nen an den Durchlaßöffnungen 4 aufgefangen werden.

Claims

1. Öffnungsvorrichtung zum Öffnen einer Treibstoffkammer (1) eines Gas generators, insbesondere eines Hybrid- oder Flüssiggasgenerators für ein Kraftfahrzeug-Sicherheitssystem, dadurch gekennzeichnet, daß als Verschluß der Treibstoffkammer (1) eine Membran (3) vorgesehen ist, die ganz oder teilweise aus einem Koruskativstoff besteht, welcher aus einer intermetallisch exotherm reagierenden Stoffkombination zu sammengesetzt ist, und Mittel (6, 10, 11, 13) vorgesehen sind, diese exotherme Reaktion zu initiieren, wobei die Energie, die bei dieser exothermen Reaktion frei wird, zum Öffnen der Membran (3) der Treib stoffkammer (1) dient.

2. Öffnungsvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Mittel (6, 10, 11, 13) zur Initiierung der exothermen Reak tion elektrische, magnetische oder optische Energie erzeugen.

3. Öffnungsvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die bei der exothermen Reaktion des Koruskativstoffes frei werdende Energie, zur Erwärmung eines in der Treibstoffkammer (1) befindlichen Treibstoffes (2) verwendet wird.