DE2518460A1 - Pyrotechnischer gasgenerator mit beweglicher brennkammer - Google Patents
Pyrotechnischer gasgenerator mit beweglicher brennkammerInfo
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Description
Societe Nationale des Poudres et Explosifs, PARIS (Prankr.)
Pyrotechnischer Gasgenerator mit beweglicher Brennkammer
Die Erfindung bezieht sich auf pyrotechnische Gasgeneratoren mit festem Kühlmittel, die in der Lage
sind, in einer extrem kurzen zeit ein erhebliches Gasvolumen bei nur wenig erhöhter Temperatur zu liefern,
und die beispielsweise zur schnellen Entfaltung aufblasbarer Strukturen wie Sicherheitskissen verwendet
werden können, mit denen die Armaturenbretter von Fahrzeugen zum Schutz der Insassen bei Unfällen ausgerüstet
werden können.
Es sind bereits zahlreiche Arten pyrotechnischer
Gasgeneratoren angegeben worden, insbesondere Generatoren mit einer Zündladung, einer Pulver- oder Propergolladung
(beispielsweise einer Propergolzusammensetzung mit einem organischen Bindemittel, einem mineralischen
Oxidationsmittel und Additiven wie einem metallischen
55O-(B528^-SFBk
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Brennstoff oder einem Weichmacher) sowie einer oder mehreren festen Kühlladungen.
Ebenso sind Generatoren mit konzentrischen Kammern vorgeschlagen worden, die eine zentrale
Brennkammer und periphere Kühlkammern in Reihe aufweisen; derartige Generatoren besitzen allerdings
aufgrund der Druckbegrenzungsvorrichtungen nur beschränkte Zuverlässigkeit. So ist es im Fall eines
zufälligen Überdrucks in der Brennkammer einerseits notwendig, den Überdruck zu begrenzen, um eine
Explosion des Generators oder eine unnötige überdimensionierung zu vermeiden, andererseits muß jedoch
die Entfaltung des Kissens ermöglicht werden, um in jedem Fall die durch das Kissen gewährleistete
Schutzfunktion erzielen zu können.
Die in pyrotechnischen Gasgeneratoren nach dem Stand der Technik verwendeten Druckbegrenzungsvorrichtungen
besitzen eine Öffnung, über die die Brennkammer mit der äußeren Umgebung bzw. der oder den
Kühlkammern in Verbindung steht, wobei die öffnung im normalen Funktionszustand verschlossen und im
Fall eines Überdrucks geöffnet wird, um den Ausström-
zu querschnitt der Verbrennungsgase vergrößern und den Überdruck zu begrenzen. Die Öffnung ist mit einem Verschluß
versehen, der beispielsweise eine tarierte Klappe, ein ventil oder ein Innenhütchen bzw. ein
Deckel sein kann, wenn diese Öffnung nach außen mündet, ist der Auslöse-Überdruck konstant, die Gase
treten jedoch nicht mehr durch die Kühlkammern aus und können entsprechend nicht zur Entfaltung aufblasbarer
Strukturen herangezogen werden; wenn die Öffnung
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andererseits in die Kühlkammer(n) mündet, steht der
Verschluß nur unter dem differentiellen Druck, der zwischen der Brennkammer und der entsprechenden Kühlkammer
herrscht; da der Druck in der Kühlkammer zum einen je nach der im Augenblick des Überdrucks vorhandenen
Kühlmittelmenge und zum anderen je nach der Verteilung des Kühlmittels in der Kammer (Ladungsverluste
und variable und zufällige Turbulenzen) veränderlich ist, ist der die öffnung des Verschlusses bewirkende
Druck der Brennkammer entsprechend sehr variabel und bringt eine nur schlechte Zuverlässigkeit der Generatorfunktion
mit sich.
Darüber hinaus tritt auch bei Abwesenheit eines durch anomale Funktion bedingten Überdrucks und bei
Verwendung der Kühlkammern bei den bekannten Gasgeneratoren ein Druck in der Brennkammer auf, der von der
Umgebungstemperatur abhängt, da die Brenngeschwindigkeit des Propergols von dieser Temperatur abhängt:
bei einem Nominaldruck von 65 bar liegt so beispielsweise das Funktionsgebiet zwischen 55 und 75 bar für
extreme Temperaturen von - 30 bis + 8O 0C. Diese
Streuung des Nominaldrucks ruft unerwünschte Veränderungen der Generatorleistung hervor, wodurch Auslösewer
te für die Druckbegrenzungsvorrichtung herangezogen
werden müssen, die hinreichend hoch sind, um jede nicht zur richtigen zeit erfolgende Auslösung der Vorrichtung
zu vermeiden, da der Überdruck nur von den Verhältnissen bei der Zündung bzw. der Auslösung der Ladung und nicht
von einer anormalen Funktion des Generators abhängt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pyrotechnischen Gasgenerator anzugeben, dessen Druck-
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begrenzungsvorrichtung mit einer geringen Streuung
des Auslöse-Überdrucks in Aktion tritt und/oder dessen
Nominal-Funktionsdruck regulierbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen pyrotechnischen Gasgenerator mit festem Kühlmittel gelöst,
der folgende Bestandteile umfaßt:
(a) eine Brennkammer mit einer Ladung zur pyrotechnischen
Gaserzeugung und einer Vorrichtung zur Zündung dieser Ladung sowie
(b) eine Kühlkammer mit mindestens einer festen Kühlladung, die einerseits mit der Brennkammer und
andererseits mit der äußeren Umgebung durch Austrittsöffnungen
in verbindung steht.
Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist dabei, daß die Brennkammer in einem verschiebbaren Behälter
angeordnet ist, der im allgemeinen zylindrische Form aufweist und an einer Seite mit einem Boden verschlossen,
an der anderen Seite offen ist; der Rand der Öffnung ist genau gegen eine erste feste Trennwand
des Generators mit Hilfe einer Haltevorrichtung angeordnet, die mit der Außenfläche des beweglichen Behälters
in Kontakt steht und an einer zweiten festen Trennwand des Generators anliegt: der Behälter verschiebt
sich gegenüber der ersten Trennwand während der verbrennung der pyrotechnisehen Ladung unter verschiedenen
Einflüssen, einerseits durch den Druck der Verbrennungsgase, der auf dem Innenboden des Behälters
lastet, und andererseits durch den Gegendruck der Haltevorrichtung auf die äußere Oberfläche des Behälters,
dessen öffnung so eine Injektionsdüse mit variablem Durchtrittsquerschnitt bildet, wodurch der
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nominale Funktionsdruck des Generators regulierbar uid/oder der Druck in der Brennkammer begrenzbar
ist.
Nach einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Gasgenerators ist der Behälter starr und weist Injektionsdüsen auf, während die Haltevorrichtung
ebenfalls starr ist und brechen kann, wenn der Gasdruck in der Brennkammer einen vorbestimmten
Maximalwert erreicht hat.
Die Haltevorrichtung kann vorzugsweise ein am Boden des Behälters angebrachter Klemmring sein. Diese
Vorrichtung stellt allein ein Druckbegrenzungsglied dar.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gasgenerators ist der Behälter starr, während die
Haltevorrichtung deformierbar ist, vorzugsweise durch Kompression. Die Vorrichtung kann vorzugsweise eine
Ringdichtung bzw. ein ringförmiges Material sein, das elastisch deformierbar ist und am Boden des verschiebbaren
Behälters anliegt.
Diese Ausführungsform erlaubt die Regulierung
des nominalen Funktionsdrucks. Es kann ferner eine
zusätzliche Druckbegrenzungsvorrichtung hinzugefügt
werden wie beispielsweise ein Klemmring, an dem der genannte Dichtring anliegt.
Nach einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Generators ist der Boden des verschiebbaren
Behälters deformierbar, während die Haltevorrichtung starr ist und am Mittelteil des genannten Bodens an-
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liegt. Der Boden kann vorzugsweise aus einem dünnen Metallblech hergestellt sein, dessen fortschreitende Deformation
die Regulierung des nominalen Punktionsdrucks ermöglicht.
Die starre Haltevorrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, daß sie bricht, wenn der Druck einen vorbestimmten
Maximalwert erreicht hat; sie enthält beispielsweise einen Klemmring und stellt so eine Druckbegrenzungsvorrichtung
dar.
Nach einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Generators ist der verschiebbare Behälter starr,
während die am Boden des Behälters anliegende Haltevorrichtung fortschreitend deformierbar ist; die Deformation
kann dabei bis zu einer maximalen vorbestimmten Belastung führen, die eine gravierende Formveränderung
mit sich bringt, oder nur bis zum Überschreiten der Elastizitätsgrenze gehen, was nur eine entsprechende
progressive Formänderung mit sich bringt.
Die Haltevorrichtung kann vorzugsweise aus einer napffö'rmigen Unterlegscheibe oder einer Belleville-Unterlegscheibe
bestehen.
Nach einer anderen Ausführungsform ist die Haltevorrichtung
fortschreitend bis zu einer vorbestimm- . ten maximalen Beanspruchung deformierbar, die zum Bruch
der Vorrichtung führt.
Die letztgenannte Weiterbildung der Erfindung und diese Ausführungsform ermöglichen die
gleichzeitige Regulierung des nominalen Drucks und eine genaue Druckbegrenzung.
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Der erfindungsgemäße Gasgenerator kann ferner auch so gebaut sein, daß er konzentrische Brenn- und Kühlkammern
enthält, wobei der verschiebbare Behälter in einer Führung in der Generatorachse vorgesehen ist,
während die konzentrisch dazu angebrachte Kühlkammer mit mindestens einer festen Kühlladung den Behälter
völlig umschließt; diese Generatorart ist erfindungsgemäß besonders geeignet.
Der Generator kann dabei von länglichem Typ sein; die Kühlkammer, die mindestens eine feste Kühlladung
enthält, ist dabei anschließend an den verschiebbaren Behälter in dessen Achse vorgesehen, wobei der Rand
der öffnung des Behälters dicht an den Mittelteil des Bodens der Kühlkammer anschließt und so eine erste feste
Trennwand bildet] am äußeren Umfang des Bodens sind Injektionsdüsen vorgesehen; der Behälter ist in einem
rohrförmigen Ansatzstück vorgesehen, das sich an den Boden anschließt und eine zweite feste Trennwand bildet;
ferner ist eine Haltevorrichtung vorhanden, die an die Außenfläche des verschiebbaren Behälters angrenzt und
an dem rohrförmigen, konischen Ansatzstück anliegt, das zur Regulierung des Nominaldrucks bestimmt ist.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die zeichnung näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gasgenerators, der mit einer Belleville-Scheibe als Haltevorrichtung versehen ist;
Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung einer Weiter-
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bildung des erfindungsgemäßen Gasgenerators mit einem Dichtring als Haltevorrichtung]
Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung einer Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Gasgenerators mit deformierbarem Boden;
Fig. 4 eine zur Hälfte gezeigte Querschnittsdarstellung einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Gasgenerators mit einem Klemmring;
Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung eines linearen
Gasgenerators mit elastischer Unterlegscheibe soxvie
Fig. 6 ein zu den Fig. ls 2 und 4 gehöriges Diagramm.
Der erfindungsgemäße pyrotechnische Gasgenerator (vgl. Fig. 1} enthält ein rotationssymmetrisches Gehäuse
l, das aus zwei Stücken besteht,, einem Boden la,
der eine erste feste Trennwand des Generators darsteilte
und einem Deckel Ib, der eine zweite feste Trennwand des Generators bildet, die mit einem Schraubgewinde ic
miteinander verbunden sind; der obere Rand des Bodens la ist als Montageflansch Id nach außen gebogen^, während
die untere Seite Ie des Bodens in der Mitte stark nach oben gewölbt ist.
Innerhalb des äußeren Gehäuses ist in dessen Achse ein zylindrisches Innengehäuse 2 angebracht,, das an seinem
oberen Ende durch den Boden 2a verschlossen und am unteren Ende offen ist; der Rand 2b der öffnung schließt
dicht an die gewölbte Wand Ie des Bodens la an„ Das
Innengehäuse ist längs seiner Achse verschiebbar im Inneren eines Führungsrohrs j5 angeordnet^ das sich
nach unten in einer Erweiterung fortsetzt^ die eine
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Strahlablenkung 4 bildet und durch Distanzstücke 5 in einem bestimmten Abstand von der Wand Ie gehalten
wird.
Eine Belleville-Unterlegscheibe 6 ist ferner zwischen dem Boden 2a des Innengehäuses und der
oberen Wand des Deckels Ib angeordnet.
Das Innere des Gehäuses 2 bildet die Brennkammer und enthält eine pyrotechnische Ladung, die mit einem Rückhaltegitter
8 an ihrem Platz gehalten wird, das gegenüber dem Rand 2b leicht zurückgesetzt ist, wodurch ein
freier Homogenisierraum 7a entsteht; die pyrotechnische
Ladung besteht beispielsweise aus einem zusammengesetzten Propergol mit 9,8 % cellulosetriacetat, 86,7 $ Kaliumperchlorat
und 3,5 % Additiven, die 3 % Trikresylphosphat und 0,5 % Acetylenruß enthalten. Die Ladung
hat ein Gewicht von 43 g und enthält hohle Fasern
bzw. Stränge, die parallel zur Achse der Brennkammer angeordnet sind. Sie besitzt eine Brenndauer von 18 msec
und verbrennt unter einem Druck von 60 bar bei einer Temperatur in der Nähe von 13OO 0C.
Die Ladung wird durch einen Zünder 9 gezündet, der in der Achse der Brennkammer in einem Zündträger
befestigt ist, der im gewölbten Teil des Bodens la angebracht ist. Der Zünder enthält eine Zündpulverladung
aus 37 % Zirkon und 63 % Kupfermonoxid, wodurch eine
Zündverzögerung des Propergols von etwa 3 msec erreicht wird. Die Zündladung wird ihrerseits durch eine
(nicht dargestellte) zündung gezündet.
Die von den? Führungsrohr 3 und den Innenwänden des äußeren Gehäuses 1 begrenzte Kammer stellt die
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Kühlkammer 11 dar, vor der die ringförmige, sich erlieiternde
und weitdimensionierte Injektionsöffnung 12 mündet, die durch die Strahlablenkung 4 und die
Innenwand des Bodens la begrenzt ist.
Als erste feste Kühllaaung IjJ, die sich in der
der Injektionsdüse 12 benachbarten Kammer befindet, dient beispielsweise eine Ladung von 125 g Kaliumperchlorat-Tabletten
mit einem Zersetzungskatalysator (Kupferehromit). Die Tabletten besitzen 6 mm
Durchmesser und β mm Dicke, die Zersetzungstemperatur liegt bei etwa 500 0C. Eine zweite feste Kühlladung 14,
die beispielsweise aus 100 gNatriumbicarbonat in Tabletten
besteht, befindet sich im oberen Teil der Kühlkammer über der ersten Ladung: die Tabletten besitzen dieselben
Abmessungen wie die Kaliumperchlorat-Tabletten oder sind etwas kleiner, die Zersetzungstemperatur
liegt bei etwa 125 °C; die beiden Kühlladungen sind durch ein Rückhaltegitter 15 voneinander getrennt. Um ein
Verspritzen von Kühlmittelpartikeln zu vermeiden, sind oberhalb der zweiten Ladung Rückhaltegewebe 16 angebracht;
auf der Höhe der kreisförmig angeordneten runden Austrittsöffnungen l8, die sich im oberen Teil
der Seitenwand des Deckels Ib des äußeren Gehäuses befinden, ist ein Filter vorgesehen, das mehrere
Schichten sehr feiner Netze 17a enthalt: zwischen
den Haltegeweben 16 und den sehr feinen Netzen 17a befinden sich Körner 17b aus Korund oder Aluminiumoxid,
um die Filtration zu vervollständigen !'anstelle der Korund- oder Aluminiumoxidkörner ist in gleicher
Meise auch ein Filter aus Metallgewebe verwendbar).
Im Betriebsfall wird die pyrotechnische Ladung
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— 1 j. —
durch den Zünder 9 gezündet: unter der Einwirkung des
Drucks der aus der Verbrennung dieser Ladung stammenden Gase löst sich das Innengehäuse 2 von der Wand Ie
des Bodens la und bildet so eine Injektionsdüse mit
verbundene
variablem Querschnitt, die durch miteinander Einflußgrößen bestimmt ist; sie hängt einerseits vom auf den
Gehäuseboden wirkenden Gasdruck und andererseits vom Gegendruck ab, der von der Belleville-Sehelbe auf den
Boden ausgeübt wird, wodurch eine ausgezeichnete Regulierung bzw. Einstellung des nominalen Funktionsdrucks
des Gasgenerators ermöglicht wird.
Die Verbrennungsgase strömen durch diese Düse mit veränderlichem Querschnitt und die anschließende,
weitdimensionierte Injektionsöffnung in die Kühlkammer 3 1, in der sie sich entspannen und im Kontakt mit den
festen Kühlmittel-Tabletten Ij? und 14 fortschreitend
abkühlen.
Die abgekühlten Gase werden ,in Höhe des Filters 17a
und 17b filtriert, strömen durch die Austrittsöffnungen 18 und sind am Auslaß des Gaserzeugers beispielsweise
zum Aufblasen eines Sicherheitskissens zwischen dem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs und dem Fahrer
verwendbar.
Der beschriebene Gasgenerator liefert 64 1 nichttoxisches Gas in einer Zeit von 30 - 40 msec, wobei
die Temperatur der erzeugten Gase am Ausgang des Generators 200 0C nicht übersteigt und zugleich sehr
konstant ist, da die Kühlladungen durch die aus der Injektionsöffnung austretenden und vom äußeren Gehäuse
des Generators zurückgeworfenen Verbrennungsgase durchgewirbelt werden; die ringförmige Anordnung
der Kühllädungen bringt den weiteren Vorteil mit sich,
daß zwischen den beiden Wänden der umgebenden Kammer nur ein beschränkter Zwischenraum besteht, wodurch
die Bildung von Vorzugs-Gängen der Verbrennungsgase begrenzt ist. Die Gase werden zugleich bei einem
durchaus erträglichen Schallniveau erhalten und sind praktisch frei von Feststoffpartikeln.
In der nachstehenden Tabelle ist die Zusammensetzung der entstehenden Gase aufgeführt:
Sauerstoff Kohlendioxid Wasserdampf Kohlenoxid Stickoxide
Wenn infolge anomaler Funktion der zufällige überdruck
der Gase in der Brennkammer einen zur Auslösung der Druckbegrenzungsvorrichtung vorbestimmten Grenzwert
erreicht, deformiert sich die Belleyille-Scheibe 6
im plastischen Bereich bis zum völligen Zusammendrücken* und das Innengehäuse 2 wird gegen öl® obere Wand des
Deckels Ib zurückgeschobenj dadurch entsteht eine plötzliche
bedeutende Erweiterung der Injektionsdüse, wodurch der Gasdruck praktisch augenblicklich auf einen
annehmbaren Wert gebracht und zugleich eine Explosion des Generators vermieden werden kann, wobei die Entfaltung
des Sicherheitskissens in Gang gehalten wird.
Die Belleville-Scheibe erlaubt entsprechend gleichzeitig die Einstellung des Nominaldrucks und eine Druck
41 | ,8 |
41 | ppm |
17 | 0 ppm. |
500 | |
5-1 | |
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begrenzung.
Nach der in Fig. 2 dargestellten Weiterbildung der Erfindung ist die Belleville-Scheibe durch eine
kreisförmige Dichtung 19 aus einem elastischen Material von beispielsweise einer Shore-Härte von
80 ersetzt, die am Boden 2a des Innenbehälters anliegt.
Im Betriebsfall ist die Ringdichtung zunehmend durch Kompression deformierbar und erlaubt entsprechend
eine ausgezeichnete Regulierung des nominalen Punktionsdrucks des Generators.
Die Ringdichtung kann durch eine Vorrichtung zur Druckbegrenzung wie etwa einem Klemmring ergänzt werden;
das Zusammendrücken der Dichtung kann allerdings im Fall eines Überdrucks ausreichend sein, so daß die
Verwendung einer zusätzlichen Druckbegrenzungsvorrichtung
vermieden werden kann.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Weiterbildung der Erfindung fehlt die Ringdichtung; der Boden 2a des
Innengehäuses besteht statt dessen aus einem elastisch deformierbaren Material wie beispielsweise aus einem
dünnen Metallblech. Der Boden liegt dabei direkt an der oberen Innenwand des Deckels Ib an, der die zweite
feste Trennwand des Generators darstellt, und deformiert sich zunehmend, wenn das Innengefäß unter der
Druckwirkung der Verbrennungsgase gegen die Wand gedrückt wird; auf diese weise wird eine gute Regulierung
des nominalen Funktionsdrucks des Generators ermöglicht.
5D984A/0851
PatentanwHItö
Dip!.-?ng. R. Ώ ^ EC T 2 son.
Dip'.-Jr.n. κ. L-.-,;.r;-:cHT
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B Münci.en :■;?, ;~;;,.n*<iGrfstr. 10
Der elastisch deformierbare Boden kann ebenfalls
durch eine Druckbegrenzungsvorrichtung ergänzt werden, die beispielsweise aus einer zentralen Achse
besteht, die einen abscherbaren Bund aufweist,' der auf einem entsprechenden vorsprung der oberen Innenwand des Deckels Ib anliegt, wobei der'Vorsprung eine
Bohrung zur Führung der Achse aufweist, die mit dem verstärkten Mittelteil des Bodens 2a des Innengehäuses
in Verbindung steht.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Weiterbildung
der Erfindung wird das Innengehäuse 2 durch einen am
oberen
Teil des Führungsrohrs 3 befestigten und am Rand des Bodens 2a des Innengehäuses anliegenden Klemmring
20 konstant gegen die Innenwand des gewölbten Bodens Ie gedrückt; der Boden 2a ist zu diesem Zweck
entsprechend ausgedreht.
In der Seitenwand des Innengehäuses sind ferner seitliche Injektionsdüsen 21 in unmittelbarer Nachbarschaft
des Randes 2b vorgesehen. Die Düsen sind mit Deckeln verschlossen, die brechen, wenn der Druck in
der Brennkammer beispielsweise 45 bar erreicht. Der Klemmring 20 bricht, wenn der Druck in der Brennkammer
einen vorbestimmten Maximalwert von beispielsweise 90 - 120 bar erreicht. Der Klemmring spielt dabei die
Rolle einer Druckbegrenzungsvorrichtung, erlaubt jedoch keine Regulierung des nominalen Funktionsdrucks.
Nach der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform weist der Generator einen zylindrischen, rohrförmigen
Körper 22 auf, der an einem Ende mit einem Boden 23 verschlossen ist, der am äußeren Umfang angeordnete
öffnungen 2h aufweist, die die Injektionsdüsen dar-
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stellen; der Körper ist am anderen Ende mit einer konischen Austrittsdüse 25 versehen. Das Innere
dieses Körpers stellt die Kühlkammer 26 dar; diese enthält:
eine erste feste Kühlladung 27, die'beispielsweise
Tabletten aus Kailumperchiorat mit Kupferchromit
als Zersetzungskatalysator enthält (Zersetzungstemperatur bei 500 0C),
eine zweite feste Kühlladung 28, die beispielsweise Tabletten aus Natriumbicarbonat enthält (Zersetzungstemperatur
bei 125 0C), wobei die beiden Kühlladungen
durch ein Rückhaltegitter 29 voneinander getrennt sind, sowie
ein Filter 30, das beispielsweise Korund- oder
Aluminiumoxidkörner enthält.
Der rohrförmige Körper 22 ist an seinem geschlossenen
Ende mit einem eingesenkten Ansatz 31 versehen, in dem ein zylindrischer rohrförmiger Behälter 32 verschiebbar
angebracht ist, der an einem Ende mit einem Boden 32a verschlossen und am anderen Ende offen 1st;
der Rand 32b der öffnung schließt dicht am Boden -S4a '
des Körpers 22 an einer in Bezug auf die öffnungen 24X
etwas nach innen liegenden Stelle anj der Rand wird durch eine gewölbte elastische Scheibe 33, die an
der Innenwand des rohrförmigen Ansatzes 31 angebracht
ist und auf der Außenseite eines am verschiebbaren Behälter 32 außen angebrachten Kragens 34 anliegt, gegen
4
den Boden-94* gedrückt. Der Behälter 32 ist ferner zur
Verschiebung durch eine zentrierende Ringrippe 35, die an der Innenwand des rohrförmigen Ansatzes vorgesehen
ist, sowie durch die Ränder der zu diesem Zweck an der
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Rückwand 36 des Ansatzes vorgesehenen öffnung geführt.
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. Das Innere/des rohrförmigen, als Gehäuse ausgebildeten
Behälters 32 stellt die Brennkammer dar und enthält eine pyrotechnische Ladung wie etwa ein Propergol
der erwähnten Zusammensetzung sowie- einen Zünder für die Zündung der Ladung.
Im Betriebsfall löst sich der.Behälter 32 unter der Druckwirkung der Verbrennungsgase der pyrotechnischen
Ladung auf den Behälterboden von der Wandung des Bodens 23 ab und bildet so eine Injektionsdüse
mit veränderlichem Querschnitt, der von miteinander gekoppelten Einflußgrößen bestimmt wird, nämlich dem
Druck der Verbrennungsgase und andererseits dem Gegendruck der Scheibe 33, wodurch eine gute Regulierung
des nominalen Funktionsdrucks des Gasgenerators ermöglicht wird.
Die Verbrennungsgase treten durch diese Düse mit veränderlichem Querschnitt in den Raum zwischen
dem Gehäuse 32 und der Wand des Ansatzes hinter dem Kragen 35 ein und strömen von dort durch die öffnungen
2k)6 in die Kühlkammer 26.
Die Verbrennungsgase entspannen sich in dieser Kammer und kühlen im Kontakt mit den beiden festen
Kühlladungen ab; die abgekühlten und filtrierten Gase treten durch die" Düse 25 aus und können am Generatorauslaß
verwendet werden.
wenn der Überdruck in der Brennkammer einen zuvor festgelegten Grenzwert erreicht, bricht die Scheibe
rasch, wodurch das Gehäuse freigegeben und die Fläche
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der Injektionsdüse bedeutend vergrößert wird; die Vorrichtung
wirkt entsprechend als Druckbegrenzungsvorrichtung.
Die in Fig. 6 dargestellten Zusammenhänge beziehen sich auf Gasgeneratoren mit konzentrischen
Brenn- und Kühlkammern vom Typ der Fig. 1, 2 und 4 mit einem Nominaldruck von 65 bar.
Das Diagramm zeigt die Abhängigkeit der Ortsverschiebung in mm des Innenbehälters 2 gegenüber der
Innenwand des gewölbten Bodens le des Außengehäuses, d.h. den Durchtrittsquerschnitt der Injektionsdüse
für die Verbrennungsgase, in Abhängigkeit vom Brennkammerdruck in bar; die Kurve A bezieht sich dabei
auf die verwendung einer Belleville-Scheibe, Kurve B
auf die verwendung einer Ringdichtung und Kurve C auf die Verwendung eines Klemmrings: diese Kurven
schneiden die charakteristischen Druckkurven (Verdichtung) des Propergols für verschiedene Temperaturen
(Kurve D1 ) bei -30 0C, Kurve D0 bei +20 °C, Kurve
ΐ> bei +83 C)- in den Funktionspunkten des Generators.
Für eine Temperatur von +20 0C schneiden die
Kurven A und B die Kurve Dp in einem Punkt, der einem Druck von 60 bar und einer Verschiebung von
1,7 mm entspricht.
Beim Fehlen einer Regulierung des Verbrennungsdrucks liegen die beobachteten Schwankungen je nach
Umgebungstemperatur in der Größenordnung von t 10 bar, die Streuung des Auslösedrucks einer herkömmlichen
Druckbegrenzungsvorrichtung liegt in der Größenordnung von t 15 bar, je nach den LadungsVerlusten in
den Kühlkammern und ohne Berücksichtigung der ver-
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schiedenen mechanischen Eigenschaften einer derartigen Vorrichtung. Die Kurve B wurde mit einer Ringdichtung
einer Shore-Härte von 80 (vgl. Fig. 2) erhalten; es wird ersichtlich, daß die Vergrößerung der Düsenfläche
im Überdruckfall nur in der Größenordnung von 50 %
liegt. Die Kurve A ist mit einer Bellevilie-Scheibe erhalten, deren Verwendung ein schlagartiges Umklappen
ermöglicht, wenn der maximale Druck erreicht ist (vgl. Fig. 1), was zu einer Umkehrung des charakteristischen
Verhaltens führt und eine über 100 $ige Vergrößerung
der Düsenfläche ermöglicht. Die Kurve c ist mit einem Klemmring erhalten (vgl. Fig. 4); solange der Klemmring
nicht durch einen ausreichenden Überdruck belastet wird, ist die Brennkammer praktisch fest. Eine
Druckregulierung kann nur unter Verwendung eines elastischen Ringkörpers erfolgen, der im Kontakt mit dem Boden
des Innenbehälters steht und am Klemmring anliegt; in diesem Fall entspricht das gemessene verhalten dem
Abschnitt OP der Kurve B und dem oberen Abschnitt PQ der Kurve c.
Die Bellevilie-Scheibe ist von größerem Interesse als die Ringdichtung, da die öffnung bei gegebener Druckerhöhung
größer ist als bei der Verwendung des Rings, wodurch geringere Änderungen des Funktionsdrucks auftreten;
derartige Druckänderungen bei kalter und warmer Auslösung liegen bei Verwendung einer Bellevilie-Scheibe
etwa zwischen 55 und 65 bar anstelle von 45 - 80 bar
bei verwendung einer Brennkammer mit konstanter Düsenöffnung.
Die Druckregulierung bietet ferner folgende Vorteile: Der Maximaldruck im Generator beträgt bei ver-
5098A4/0851
wendung einer Belleville-Scheibe 85 bar; die Druck-Geschwindigkeits-Charakteristik
des Propergols wird durch die Charakteristik des Regulierungselements transformiert] auf diese weise wird beim Gasgenerator
mechanisch ein zum "Plateau"-Phänomen äquivalentes
Verhalten erzielt, das die erfindungsgemäß verwendeten Propergole selbst (beispielsweise celluloseacetat-Bindemittel)
im Gegensatz zur Mehrzahl der beispielsweise für Raketenantriebszwecke verwendeten
Propergole nicht aufweist.
509844/0851
Claims (17)
- Patentansprüche1, Pyrotechnischer Gasgenerator mit festem Kühlmittel und(a) einer Brennkammer mit einer pyrotechnisehen Gaser ζeugungsladung und einer Zündvorrichtung dafür und(b) einer Kühlkammer mit zumindest einer festen Kühlladung, die mit der Brennkammer sowie der Umgebung durch Austrittsöffnungen in Verbindung steht,dadurch gekennzeichnet, daßdie Brennkammer (7; 37) in einem verschiebbaren Behälter (2; 32) angeordnet ist, der an einer Seite mit einem Boden (2aj 32) verschlossen und auf der anderen Seite offen ist, wobei der Rand der Öffnung (2b; 32b) durch eine Haltevorrichtung im wesentlichen gegen eine erste feste Trennwand des Generators gedrückt wird, die mit der Außenfläche des verschiebbaren Behälters in Verbindung steht und an einer zweiten festen Trennwand des Generators anliegt,der verschiebbare Behälter (2rc 32) während der Verbrennung der pyrotechnischen Ladung durch miteinander gekoppelte Einflußgrößen, einerseits durch den auf den Innenboden des Behälters ausgeübten Druck der Verbrennungsgase und andererseits durch den Gegendruck der Haltevorrichtung/auf1 die Außenfläche des Behälters, gegenüber der ersten Trennwand verschoben wird, so daß dessen Öffnung eine Injektionsdüse mit variablem Durchtrittsquerschnitt bildet,wodurch eine Regulierung des nominalen Funktionsdrucks des Generators und/oder eine Druckbegrenzung in der509844/0851Brennkammer ermöglicht wird (vgl. Fig. 1 - 4; 5).
- 2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekenn-(2,32 ^ zeichnet, daß der Behälter 'starr ist und Injektionsdüsen (21£4N aufweist, wobei die Haltevorrichtung ebenfalls starr und zum Bruch in der Lage ist, wenn der Gasdruck in der Brennkammer einen vorbestimmten Maximalwert erreicht (vgl. Fig. 4; =3).
- 3. Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung ein Klemmring ist, der am Behälterboden anliegt.
- 4. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter starr ist, während die Haltetevorrichtung, vorzugsweise durch Druck, deformierbar ist 'vgl. Fig. 2 ^.
- 5. Gasgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung öin Ring aus einem elastisch deformierbaren Material ist, der am Boden des verschiebbaren Behälters anliegt, wodurch eine Regulierung des nominalen Funktionsdrucks ermöglicht wird (vgl. Fig. 2).
- 6. Gasgenerator nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine zusätzlich zum elastischen Ring vorgesehene Druckbegrenzungsvorrichtung wie z.B. einen Klemmring, an dem der Ring anliegt.
- 7. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden %-es verschiebbaren Behälters deformierbar ist, während die Haltevorrichtung starr ist und am Mittelteil des Bodens anliegt (vgl. Fig. 3).5098ΛΑ/0851 '
- 8. Gasgenerator nach Anspruch 7» dadurch gekennzeich-(2a ιnet, daß der Boden aus einem dünnen Metallblech besteht, dessen fortschreitende .Deformation eine Regulierung des nominalen Funktionsdrucks ermöglicht (vgl. Fig. 3).
- 9. Gasgenerator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Haltevorrichtung, beispielsweise ein Klemmring, zum Bruch in der Lage ist, wenn der Druck einen vorbestimmten Maximalwert erreicht, wodurch eine Druckbegrenzungsvorrichtung vorliegt.
- 10. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Behälter starr ist, während die am Boden des Behälters anliegende Haltevorrich-(6*33)
tung bis zu einer vorbestimmten maximalen Belastung, die zu einer starken Formveränderung führt, fortschreitend deformierbar ist (vgl. Fig. 1:5). - 11. Gasgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung eine gewölbte Scheibe oder eine Belleville-Scheibe ist (vgl. Fig. 1).
- 12. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung bis zu einer vorbestimmten maximalen Belastung fortschreitend deformierbar ist, bei der ein Bruch der Vorrichtung eintritt.
- 13· Gasgenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung ein elastischer Klemmring ist.
- 14. Gasgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch konzentrische Brenn- und Kühlkammern, wobei der verschiebbare Behälter in der Generatorachse in einer Füh-5 098Λ4/0851rung vorgesehen ist, während die zumindest eine feste Kühlladung enthaltende Kühlkammer den Behälter konzentrisch völlig umgibt und die Gaszirkulation im Behälter und in der Kühlkammer umgekehrt ist.
- 15. Gasgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch lineare Anordnung, wobei die Kühlkammer, die zumindest eine feste Kühlladung enthält, anschließend an den verschiebbaren Behälter* in dessen Achse angeordnet ist und der Rand der öffnung des Behälters dicht am Mittelteil des Bodens der Kühlkammer unter Bildung einer ersten festen Trennwand anliegt, auf dem äußeren Umfang des Bodens Injektionsdüse« vorgesehen sind, der Behälter sich in einem rohrförmigen Ansatz befindet, der sich an den Boden anschließt und eine zweite feste Trennwand darstellt, und ein Halteglied jLn Verbindung mit der Außenfläche des verschiebbaren Behälters vorgesehen ist, das an dem rohrförmigen Ansatz anliegt,wodurch eine Regulierung des Nominaldrucks ermöglicht wird (vgl. Fig. 5).
- 16. Gasgenerator nach einem der Ansprüche l und 4 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Behälter in der Nähe des Randes der öffnung mit Injektions-Durchtrittsöffnungen kleinen und konstanten Querschnitts versehen ist.
- 17. Gasgenerator nach einem der Ansprüche l und 4 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der öffnung des verschiebbaren Behälters dicht gegen die erste feste Trennwand gedrückt wird und der verschiebbare Behälter keine Düse aufweist.098^/0851
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |