DE19612152A1

DE19612152A1 - Vorrichtung zum Öffnen eines Gas-Druckbehälters

Info

Publication number: DE19612152A1
Application number: DE1996112152
Authority: DE
Original assignee: LELL ANDREA
Current assignee: LELL ANDREA
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-10-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung von einem mit Gas gefüllten Druckbe hälter, der mit einer Membrane verschlossen ist.

Bei bestimmten Anwendungen von mit Gas gefüllten Druckbehältern, z. B. für Airbags, ist eine schnelle und zuverlässige Öffnung der Membrane in Bruch teilen von Millisekunden erforderlich. Für diese Zwecke sind mechanische Ventile viel zu langsam und unzuverlässig. Bekannt ist dafür die den Druck behälter schließende Membrane pyrotechnisch zu öffnen. Hierbei ist es bereits bei Airbags zu Verbrennungen der Fahrzeuginsassen gekommen und die sich entwickelnden Rauchgase schädigen sowie die Umwelt als auch die Fahrzeug insassen selbst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl zuverlässig und umweltfreundlich ist als auch extrem kurze Öffnungszeiten garantiert.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt in dem einfachen Aufbau mit einem an sich bekannten Wirbelstrombeschleuniger. Mit diesem werden zum Öffnen der Membrane hohe Kräfte bis zu 20 000 kp aufgebracht, die in wenigen Mi krosekunden wirken. Außerdem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung absolut umweltfreundlich, es entstehen keinerlei Abgase. Es besteht die Möglichkeit, die Kraftspule des Wirbelstrombeschleunigers direkt an die die Öffnung der den Druckbehälter schließenden Membrane anzusetzen. Dabei wirkt die Membrane als Sekundärspule. Der in der Membrane durch die Kraftspule erzeugte hohe Sekundärstrom beschleunigt die Membrane mit hoher Kraft in den Druckbe hälter hinein und schmilzt gleichzeitig das Material der Membrane (elektro magnetische Abstoßung zweier stromdurchflossener "Drähte"). Weiterhin kann bei Druckflaschen mit zylinderförmigem Flaschenhals die Kraftspule in die Struktur des Flaschenhalses eingesetzt werden. Als Sekundärspule wirkt dabei ein mit einer scharfen Kante versehener Hohlring, der bei dem Stromstoß durch die Kraftspule in Mikrosekunden beschleunigt wird und dabei mit hoher Kraft die Membrane durchstößt. Es besteht auch die Möglichkeit, wenn die Kraftspule nicht nahe genug an die Membrane herangebracht werden kann, zusätzlich zum Hohlring einen Stoßring einzubauen, der dann als Sekundärspule zur Kraftauf nahme wirkt und die Kraft auf den Hohlring überträgt. Bei engen Flaschen hälsen, bei denen die Zuleitung zur Kraftspule nicht in dem Flaschenhals unter gebracht werden kann, wird die Kraftspule außen auf dem Flaschenhals instal liert, wobei die in der Struktur des Flaschenhalses angeordnete Spule als erste Sekundärspule und der Hohlring bzw. der Stoßring als zweite Sekundärspule wirken. Die Kraftspule wird über eine Kondensatorentladung oder eine Batterie und einen Leistungsschalter mit Energie versorgt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

In der Fig. 1 ist ein Druckbehältern 1 dargestellt, dessen Öffnung 2 durch eine Membrane 3 verschlossen ist. Innerhalb eines Randes 4, der die Öffnung 2 um schließt, ist eine Kraftspule 5 gegen die Membrane 3 angesetzt. Die Kraftspule 5 ist Teil eines Wirbelstrombeschleunigers 20, dessen elektrisches Prinzipschalt bild in der Fig. 5 dargestellt ist. Wenn die Kraftspule 5 über einen Stromstoß von etwa 2 kA mit Energie versorgt wird, wird in der Membrane 3 ein extrem hoher Sekundärstrom bis zu 120 kA erzeugt. Beide Ströme zeigen einen sinusförmigen Verlauf mit Dämpfung, sie sind phasenverschoben und damit in jedem Augenblick entgegengerichtet, wodurch sie sich abstoßen und eine axial wirkende Kraft erzeugen, welche das Material der Membrane 3 teils schmilzt und teils in Richtung von Pfeilen 7 beschleunigt. Dadurch wird die Membrane 3 topfförmig verformt, ausgestanzt und in den Druckbehälter 1 beschleunigt, wodurch der Druckbehälter 1 weit geöffnet wird. Dieses erfolgt innerhalb von wenigen Mikrosekunden. Ein Haltering 8, der mit dem Rand 4 fest verbunden ist, fängt die erzeugte Gegenkraft auf, die entsteht, wenn die Membrane 3 in den Druckbehälter 1 beschleunigt wird. Die Kraftspule 5 besteht aus einigen Win dungen von lackisoliertem dünnen Draht, wobei auch andere Isolierarten wie Emaille oder Schläuche möglich sind. Es besteht auch die Möglichkeit, daß die Kraftspule 5 aus nur einer Windung besteht. Als Material für die Kraftspule 5 ist Kupfer am günstigsten. Die beste Kraftwirkung mit etwa 20 000 kp wird erzielt, wenn die Membrane 3 aus Aluminium oder Kupfer besteht, bei Stahl ist die Kraftwirkung nicht so gut.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen eine Druckflasche 10, die einen zylinderförmigen Flaschenhals 11 aufweist. Eine solche Druckflasche 10 liefert beispielsweise das Druckgas für einen Airbagsack. Die Öffnung des Flaschenhalses 11 wird durch eine Membrane 12 verschlossen. In dem Flaschenhals 11 befindet sich in Fig. 2 ein Hohlring 13 mit gegen den äußeren Rand der Membrane 12 gerichteter Schneide 13a. Eine Kraftspule 14 ist in die Struktur des Flaschenhalses 11 mit Überlappung zum Hohlring 13 eingesetzt. Bei einem Stromstoß aus der Konden satorbafferie wird die Kraftspule 14 mit Energie versorgt, der Hohlring 13 wirkt als Sekundärspule. Durch die hohen Abstoßungskräfte zwischen der Kraftspule 14 und der Hohlnadel 13 schnellt Letztere mit großer Kraft entsprechend von Pfeilen 15 gegen die Membrane 12, schneidet diese auf, verformt sie, treibt sie in die Druckflasche 10 und das Druckgas kann ausströmen. Dieser Vorgang benötigt nur wenige Mikrosekunden. Wenn die Kraftspule 14 nicht nahe genug an die Membrane 12 herangebracht werden kann, ist entsprechend Fig. 3 zusätzlich ein Stoßring 16 eingebaut, der dann als Sekundärspule wirkt, be schleunigt wird und dann den Hohlring 13 gegen die Membrane 12 drückt. Bei engen Flaschenhälsen 11, bei denen die Zuleitung zur Kraftspule 14 nicht im Flaschenhals 11 untergebracht werden kann, wird die Kraftspule 14 entspre chend Fig. 4 außen auf dem Flaschenhals 11 aufgebracht und eine erste Sekundärspule 17 in den Flaschenhals verlegt. Hierbei erfolgt eine doppelte Kraftübertragung zuerst von der Kraftspule 14 auf die erste Sekundärspule 17 und dann auf den Hohlring 13 als zweite Sekundärspule.

Fig. 5 zeigt beispielhaft das elektrische Prinzipschaltbild 20 des Ansteuergerätes bzw. des Wirbelstrombeschleunigers. Es besteht aus einem Kondensator 21, einem Leistungsschalter 22, der als Ignitron, Thyristor, MOS-FET oder als Funkenstrecke ausgeführt werden kann. Wird er geschlossen, entlädt sich der Kondensator 21 in die Kraftspule 5 bzw. 14 und induziert so sehr hohe Sekundärstrome in den "Stromkreisen" Membrane 12, Hohlring 13 oder Stoßring 16. Anstelle einer Kondensatorentladung kann auch z. B. eine Batterie per Leistungsschalter schnell zugeschaltet werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Öffnen von einem mit Gas gefüllten Druckbe hälter, der mit einer Membrane verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (2, 12) durch die direkte oder indirekte Wirkung von der Energie eines Stromstoßes einer elektromagnetischen Kraftspule (5, 14) eines Wirbel strombeschleunigers geöffnet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftspule (5) am Rand der Membrane (3) angesetzt ist und daß bei dem Strom stoß durch die Kraftspule (5) in der Membrane (3) ein extrem hoher Sekundär strom erzeugt wird, der das Material der Membrane (3) teils schmilzt und teils beschleunigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Kraftspule (5) ein Haltering (8) angesetzt wird, der die bei dem Stromstoß auftretende Gegenkraft auffangt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Druckflasche als Druck behälter, die einen zylinderförmigen Flaschenhals aufweist, dadurch gekenn zeichnet, daß die Membrane (12) am Übergang vom Flaschenhals (11) zum Flaschenkörper (10) eingesetzt ist, daß direkt gegen die Membrane (12) oder in kleinem Abstand zu ihr ein zur Kraftspule (14) als Sekundärspule wirkender Hohlring (13) mit gegen den äußeren Rand der Membrane (12) gerichteter Schneide (13a) angebracht ist und daß die Kraftspule (14) in die Struktur des Flaschenhalses (11) mit Überlappung zum Hohlring (13) eingesetzt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Flaschenhals (11) in kleinem Abstand zum Hohlring (13) ein als Sekundär spule wirkender Stoßring (16) eingesetzt ist und daß die Kraftspule (14) in der Struktur des Flaschenhalses (11) mit Überlappung zum Stoßring (16) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kraftspule (14) auf dem äußeren Umfang des Flaschenhalses (11) aufgebracht ist, die in die Struktur des Flaschenhalses (11) eingesetzte Spule (17) als erste Sekundärspule und der Hohlring (13) als zweite Sekundär spule wirken.

7. Vorrichtung nach mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftspule (5, 14) über einen Kondensator (21) und einen Leistungsschalter (22) mit Energie versorgt wird.

8. Vorrichtung nach mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftspule (5, 14) über eine Batterie und einen Lei stungsschalter (22) mit Energie versorgt wird.