DE4440247A1 - Flüssiggasgenerator - Google Patents

Flüssiggasgenerator

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Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssiggasgenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei passiven Sicherheitseinrichtungen für Kraftfahrzeuge, bei denen Fahrer oder Beifahrer durch aufblasbare Aufprallschutzkissen vor Verletzungen durch Aufprall auf das Lenkrad oder Armaturenbrett geschützt werden (auch Air-Bag genannt), werden zur Gaserzeugung entweder Gasgeneratoren mit festen Treibladungs­ satz oder Gasgeneratoren mit komprimierten unter Druck stehenden Gas (Hybridgenerator, Druckluftgenerator) oder auch Generatoren mit Flüssig­ gasgemischen, die teilweise aktiv an einer Verbrennung teilnehmen, verwendet. Die Vorteile von Gasgemischen gegenüber festen Treibladungssätzen bei der Verwendung in einem Generator sind hinreichend bekannt. Ein Problem bei Gas- oder auch Flüssiggasgeneratoren ist, daß die unter Druck stehenden Gase in einem Behälter eingeschlossen werden müssen, der im Anwendungsfall, d. h. bei Funktionsauslösung des Generators definiert geöffnet werden muß.
Aus der DE 42 41 221 A1 ist ein Flüssiggasgenerator für ein aufblasbares Aufprallschutzkissen zum Schutz eines Kraftfahrzeug-Insassen vor Verletzungen bekannt. Der Flüssiggasgenerator weist ein Gehäuse auf, in dem ein Reaktions­ behälter mit Flüssiggas untergebracht ist. Zum Auslösen einer Verbrennung des Flüssiggases wird in diesen ein Durchschlagelement mit Überströmkanal ge­ trieben. Die Bewegungsenergie für das Durchschlagelement wird pyrotechnisch erzeugt, indem ein Anzündelement initiiert wird. Die Anzündschwaden des Anzündelementes gelangen über den Überströmkanal ins Innere des Reaktionsbehälters, wo sie die Verbrennung des Flüssiggases einleiten. Die dabei entstehenden Verbrennungsgase gelangen über den Überströmkanal aus dem Reaktionsbehälter heraus in einen Hohlraum, in dem das Durchschlag­ element angeordnet ist. Der Hohlraum ist durch eine Berstmembran gegenüber einem Abströmraum (Durchgangsbohrung) verschlossen. Diese Berstmembran bricht bei Erreichen eines Mindestdrucks der Verbrennungsgase auf und gibt damit den Weg zum Abführen der Verbrennungsgase über den Abströmraum (Durchgangsbohrung) aus dem Gehäuse heraus frei.
Nachteilig hieran ist, daß das Durchschlagelement bzw. das Schlagstück direkt am Reaktionsbehälter an liegen muß, da sich sonst hinter dem Schlagstück ein Druck aufbauen kann, welcher ein Durchschlagen des Reaktionsbehälters ver­ hindert. Außerdem besteht die Gefahr, daß das Schlagstück unsymmetrisch belastet wird, was wiederum zu Unsicherheiten beim Durchschlagen führen kann. Ein wesentlicher Nachteil ist ferner die notwendige Berstmembran, durch die der Hohlraum als Druckraum ausgebildet ist. Diese Berstmembranen sind erstens äußerst teuer und zweitens wird bei Verwendung nur einer Berstmembran ein Rückstoß durch das austretende Gas erzeugt, der ein unerwünschtes Dreh­ moment des Gasgenerators bedingt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssiggasgenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart zu verbessern, daß das Öffnen bzw. Durchschlagen des Reaktionsbehälters vereinfacht ist und daß über die Gesamtbetriebsdauer die Gaserzeugung gesteuert und reproduzierbar erfolgt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Flüssiggasgenerator vor­ geschlagen, dessen Gehäuse einen geschlossenen Reaktionsbehälter zur Auf­ nahme von Flüssiggas beinhaltet. In dem Gehäuse ist ein Hohlraum ausgebildet, der bei eingeführtem Reaktionsbehälter an diesen angrenzt. In dem Hohlraum ist verschiebbar ein Durchschlagelement angeordnet, das bei Zündung eines Anzündelements mit seiner gesamten Länge durch die Wand des Reaktions­ behälters hindurch getrieben wird und voll in den Reaktionsbehälter eintaucht. Nach dem Durchstoßen bzw. Durchstanzen der Wand des Reaktionsbehälters durch das Durchschlagelement und dem weiteren Eindringen des Durchschlag­ elements in den zuvor geschlossenen Reaktionsbehälter besteht somit eine Ver­ bindung mit dem Durchmesser des Durchschlagelements.
Ein wesentlicher Vorteil liegt im Fehlen eines separaten Druckraums mit Berstscheibe. Hierdurch ist ein entscheidender Preisvorteil gegeben. Durch das Fehlen einer Berstscheibe ist einfach eine symmetrische Abströmung durch eine größere Anzahl an Abströmbohrungen über den Durchmesser zu erreichen. Dadurch ist ein Rückstoß bzw. ein ungewünschtes Drehmoment vermieden. Ein weiterer Vorteil besteht im einfachen Aufbau des Gasgenerators, der quasi nur aus rotationssymmetrischen Bauteilen herzustellen ist.
Vorteilhafterweise ist das Durchschlagelement ein Vollkörper.
In bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsform ist zum besseren Durch­ schlagen/Durchstanzen der Wand des Reaktionsbehälters das Durchschlag­ element als Projektil, d. h. Zylinder mit aufgesetzten Kegel, Kugel, Zylinder usw. ausgebildet.
In vorteilhafter Ausführungsform enthält das Anzündelement eine Zündpille.
Zur Auslösung des Flüssiggasgenerators wird das Anzündelement bzw. die Zündpille gezündet. Die Verbrennungsgase, die bei der Zündung des Anzündelements entstehen, treiben das Durchschlagelement durch die Wand des Reaktionsbehälters. Dabei sind Anzündelement und Durchschlagelement so miteinander verbunden, daß in jedem Falle ein sauberes Durchstanzen der Trennwand gewährleistet wird. Durch das Eindringen der nachfolgenden heißen Gase in den Reaktionsbehälter und das Ausströmen des Flüssiggasgemisches in den Hohlraum kommt es zu einer Zündung und zur Reaktion des Flüssiggasgemisches. Die entstehenden Verbrennungsgase werden durch vom Hohlraum ausgehende Überströmkanäle abgeleitet. Durch Formgebung, Lage und Durchmesser der Überströmkanäle kann die Gaserzeugung gesteuert werden und reproduzierbar erfolgen. Dadurch kann die Verwendung aufwendiger Berstscheiben in diesem Bereich entfallen. Die in die Überströmkanäle eintretenden Verbrennungsgase gelangen über Abströmbohrungen im Gehäuse aus dem Gasgenerator hinaus, wo sie das gefaltete Aufprallschutzkissen aufblasen.
Wie schon erwähnt, ist das Durchschlagelement vorteilhafterweise in Projektilform ausgebildet, um ein sicheres und definiertes Durchschlagen der Trennwand zu gewährleisten. Vorteilhafterweise ist das Durchschlagelement mit dem Anzündelement bzw. einer Hülse über eine Abrißkante verbunden, damit erst nach Entstehen eines definierten Druckes, verursacht durch die Ver­ brennungsgase des Anzündelements, sich das Durchschlagelement mit hoher Energie in Bewegung setzen kann.
Alternativ ist am Durchschlagelement eine radiale Erweiterung und/oder in der Führungshülse eine radiale Verengung angeordnet.
Zum Erreichen der für das Durchschlagen der Wand notwendigen Energie ist vorteilhafterweise zwischen dem Durchschlagelement und dem Anzündelement ein Hohlraum (Ausnutzen der Verbrennungsgase) angeordnet. Der Hohlraum ist zweckmäßigerweise mit einer Aufladung gefüllt. Die Aufladung ist vorteil­ hafterweise ein pyrotechnisches Treibladungspulver oder Anzündmischung wie z. B. Nitrocellulose, eine Borkaliumnitratmischung oder eine Schwarzpulver­ mischung. Erfindungsgemäß ist das Anzündelement vorteilhafterweise mit einer zylinderförmigen Führungshülse zur Führung des Durchschlagelements ver­ sehen.
Vorteilhafterweise besteht das Durchschlagelement aus einem temperatur­ stabilen verbrennbaren Formteil, welches nach Eindringen in den Reaktionsbehälter durch die bei der Umsetzung des Gases entstehende hohe Temperatur mit verbrannt wird. Ein weiterer Vorteil ist, daß bei Zurückströmen des Durchschlagelements durch die Öffnung, dieses bei Verbrennen keinen Überströmkanal mehr verstopfen kann. Bevorzugt sind das Durchschlagelement, die Abrißkante und die Hülse ein Formteil.
Zweckmäßigerweise ist die vom Durchschlagelement zu durchschlagende Wand des Reaktionsbehälters eine Berstscheibe, die bevorzugt in den Deckel einer Verschlußkappe des Reaktionsbehälters integriert ist.
Weitere Merkmale ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend beschrieben sind. Es zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Flüssiggasgenerator im Schnitt,
Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines Anzündelements im Teilschnitt und
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Anzündelements im Schnitt.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Flüssiggasgenerator 1, der im wesent­ lichen aus einem Kopfstück 2, einem Bodenstück bzw. Adapter 9 und einem zylinderförmigen Abströmrohr 10 besteht. Im Abströmrohr 10 sind Abström­ bohrungen 11 angeordnet. Außerdem ist im Abströmrohr 10 bzw. im Flüssiggasgenerator 1 ein Reaktionsbehälter 7 als eigendruckfeste Flasche angeordnet. In diesem Reaktionsbehälter 7 befindet sich Flüssiggas bzw. ein Flüssiggasgemisch.
Der Reaktionsbehälter 9 dient als Vorratsbehälter sowie als Brennkammer des Flüssiggasgemisches. Stirnseitig ist der Reaktionsbehälter 9 über eine Berstscheibe 5 verschlossen. Die Berstscheibe 5 ist dabei in den Deckel einer Verschlußkappe 18 integriert. Diese Verschlußkappe 18 ist über ein Gewinde 20 in das Kopfstück 2 eingeschraubt, derart, daß an die Berstscheibe 5 ein Hohlraum 9 angrenzt. Vom Hohlraum 9 aus führen Überströmkanäle 6 in den Zwischenraum zwischen Reaktionsbehälter 7 und Abströmrohr 10. Im Kopfstück 2 ist ferner ein Anzündelementhalter 3 mit einem Anzündelement 4 angeordnet. Die vordere Spitze des Anzündelements 4 weist ein als Projektil ausgebildetes Durchschlagelement 16 auf und ragt mit diesem in den Hohlraum 9 hinein. Das Anzündelement 4 liegt auf der Längsachse 21 des Reaktionsbehälters 7.
Der Reaktionsbehälter 7 ist vorteilhafterweise aus vergütetem Stahl gefertigt. Das Gehäuse ist ebenfalls zweckmäßigerweise aus Stahl oder Aluminium gefertigt.
Fig. 3 zeigt eine Variante des Anzündelements 4. In den Anzündelementhalter 3 wird das Anzündelement 4 eingesetzt. Das Anzündelement 4 besteht aus einer Zündpille 12 und einem zwischen Durchschlagelement 16 und Zündpille 12 bestehenden Hohlraum der mit einer Aufladung 13 gefüllt ist. Das Durchschlagelement 16 ist durch Formgebung über eine Hülse 14 mit einer Abrißkante 15 fest mit dem Anzündelement 4 verbunden. Im Falle einer Anzündung wird das Anzündelement 4 angezündet, die entstehenden Gase und heißen Partikel zünden die Aufladung 13 an. Da das Durchschlagelement 16, das über die Hülse 14 und Abrißkante 15 fest mit dem Anzündelementhalter 3 verbunden ist, sich nicht in Bewegung setzen kann, kommt es zu einem durch die Stärke der Abrißkante 15 bestimmten Druckaufbau. Nach Erreichen eines bestimmten definierten Druckes kommt es zwischen dem Durchschlagelement 16 und der Hülse 14 zum sehr schnell erfolgenden Abriß an der Abrißkante 15. Durch die Führungshülse 17 des Anzündelementhalters 3 kommt es zu einer gerichteten Beschleunigung des Durchschlagelements 16. Das Durchschlag­ element wird in der Führungshülse 17 durch den Verbrennungsgasdruck definiert beschleunigt (Prinzip eines Geschosses in einem kurzen Lauf).
Nach der Trennung des Durchschlagelements 16 vom Anzündelementhalter 3 bzw. Anzündelement 4 durchquert das Durchschlagelement 16 den Hohlraum 7 des Kopfstückes 2 und durchschlägt die Berstscheibe 5, die das Flüssiggasgemisch in der Brennkammer 8 vom Kopfstück 2 bzw. Hohlraum 9 trennt (siehe Fig. 1). Durch die dem Durchschlagelement 16 nachfolgenden heißen Gase und heißen Partikel des Anzündelements 4 wird das Flüssiggasgemisch in der Brennkammer 8 gezündet. Über die Öffnung der Berstscheibe 5 erfolgt eine Volumenausdehnung in den Hohlraum 9 des Kopfstückes 2 hinein und damit beginnt über die Überströmkanäle 6 und die Abströmbohrungen 11 das Aufblasen des Gassackes. Gasverlauf und Druckanstieg im Hohlraum 9 des Kopfstückes 2 können durch Lage, Durchmesser und durch die Anzahl der Überströmkanäle 6 definiert gesteuert werden. Das Durchschlagelement 16 kann aus einem temperatur-stabilen verbrennbaren Formteil (Kunststoff oder Metall), das als Projektil ausgebildet ist bestehen. Durch die bei der Umsetzung des Flüssiggasgemisches entstehende hohe Temperatur verbrennt das Durchschlagelement 16 nach dem Eindringen in die Brennkammer 8.
Fig. 2 zeigt eine gegenüber Fig. 3 etwas andere Ausführungsform des Durch­ schlagelements 16 und der Aufladung 13. Das Durchschlagelement 16 ist hier nicht über eine Abrißkante 15 mit der Hülse 14 bzw. dem Anzündelement 4 verbunden. Dafür ist am Durchschlagelement 16 eine radiale Erweiterung 31 angeordnet. Alternativ kann auch in der Führungshülse eine radiale Verengung 30 vorgesehen werden. Beide Maßnahmen bewirken, wie auch die Abrißkante 15 in Fig. 3, erst nach Erreichen eines bestimmten Druckes eine gerichtete Beschleunigung des Durchschlagelements 16.

Claims (13)

1. Flüssiggasgenerator für ein aufblasbares Aufprallschutzkissen zum Schutz eines Kraftfahrzeug-Insassen vor Verletzungen, mit
  • - einem Gehäuse,
  • - einem in dem Gehäuse angeordneten geschlossenen Reaktionsbehälter (7) zur Aufnahme von Flüssiggas,
  • - einem an den Reaktionsbehälter (7) angrenzenden Hohlraum (9) im Gehäuse,
  • - einem Anzündelement (4),
  • - und einem in dem Hohlraum (9) bewegbaren Durchschlagelement (16) zum Durchschlagen einer Wand des Reaktionsbehälters (7) bei Initiierung des Anzündelements (4), wobei die Verbrennungsgase des Flüssiggases aus dem Reaktionsbehälter (7) in den Hohlraum (9) und von dort aus dem Gehäuse heraus zum Aufprallschutzkissen gelangen,
dadurch gekennzeichnet, daß das Durchschlagelement (16) mit seiner gesamten Länge die eine Wand des Reaktionsbehälters (7) durchschlägt und voll in den Reaktionsbehälter (7) eintaucht.
2. Flüssiggasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchschlagelement (16) ein Vollkörper ist.
3. Flüssiggasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchschlagelement (16) als Projektil ausgebildet ist.
4. Flüssiggasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchschlagelement (16) über eine Abrißkante (15) mit dem Anzündelement (4) bzw. einer Hülse (14) verbunden ist.
5. Flüssiggasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchschlagelement (16) aus einem temperaturstabilen verbrennbaren Formteil besteht.
6. Flüssiggasgenerator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchschlagelement (16), die Abrißkante (15) und die Hülse (14) ein Formteil sind.
7. Flüssiggasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzündelement (4) mit einer zylinderförmigen Führungshülse (17) zur Führung des Durchschlagelements (16) versehen ist.
8. Flüssiggasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Durchschlagelement (16) eine radiale Erweiterung (31) und/oder in der Führungshülse (17) eine radiale Verengung (30) angeordnet ist.
9. Flüssiggasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzündelement (4) eine Zündpille (12) enthält.
10. Flüssiggasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anzündelement (4) und dem Durchschlagelement (16) ein Hohlraum angeordnet ist, der bevorzugt mit einer Aufladung (13) gefüllt ist.
11. Flüssiggasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Wand des Reaktionsbehälters (7) eine Berstscheibe (5) ist.
12. Flüssiggasgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstscheibe (5) in den Deckel einer Verschlußkappe (18) des Reaktionsbehälters (7) integriert ist.
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