DE4440247A1 - Flüssiggasgenerator - Google Patents
FlüssiggasgeneratorInfo
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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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