DE2224201A1 - Feststoffgasgenerator - Google Patents

Description

• Feststoffgasgenerator Die Erfindung betrifft einen Feststoffgasgenerator, insbesondere zum stufenweise Aufblasen stoßdämpfender Hüllen in Kraftfahrzeugen.
• In jüngster Zeit wird aus Sicherheits- und Platzersparnisgründen unter anderm zum Aufblasen von stoßdämpfenden H:Jllen in Kraftfahrzeugen und zuta Füllen von Druckbehältnissen, wie sie beispielsweise in Notbremsanlagen für Aufzüge und Kraftfahrzeuge Verwendung finuen, vielfach auf Feststoffgasgeneratoren zurückgegriffen. Dabei hat sich gezeigt, daß eine stufenweise Durchführung des Aufblase- bzw. Füllvorgangs sich schonend auf die gasbeaufschlagten Hüllen bzw. Druckbehälter auswirkt und darüber hlnaus eine werkliche Reduzierung des den Aufblase- bzw. Füllvorgang begleitenden Schalldrucks zur positiven Folge hat.
• Bei einer bekannten Generatorausführung eingangs genannter Gattung findet als Gasllejerant Schwarzpulver Verwendung. t)s Schwarzpulver ist au1 zwei Cruppen aus jeweils fünf Pulvertaschen verteilt. Sämtliche Pulvertaschen,sind zur aufblasbaren Hülle hin offen ausgebildet und anfänglich durch zwei gemeinsame Berstmembranen, einer Aluminiumfolle und einer Polyäthylenfolie, verschlossen. Im Strömungsweg zwischen den Pulvertaschen und der aufblasbaren Hülle befindet sich außerdem ein mit festem Kühlstoff gefülltes Behältnis, das hüllenseitig ebenfalls durch eine Berstmembran aus Polyäthylen abgedeckt ist. Einer der fünf Pulvertaschen jeder @ruppe ist ein spezieller Zündmechanismus zugeordnet. Die übrigen Pulvertaschen stehen sowohl untereinander als auch mit der erstgenannten Pulvertasche in Verbindung1 und zwar über mit Pulver gefüllte Kanäle. Werden die Zündmechanismen betätigt, kommt es in den zugeordneten Pulvertaschen zu einer Gaserzeugung. Der sich aufbauende Druck sorgt für eine Zerstörung der angrenzenden Membranbereiche0 !is Folge davon strömen Gas und noch nicht verbranntes Pulver aus den fremdinitlierten Pulvertaschen in das Kühlstoffbehältnls und von dort unter Nitreizung festen Kühlstoffs in die aufblasbare Hülle.
• Letztere wird durch das einströmende Gas, das vom eingeförderten, weiterreagierenden Schwarzpulver an Ort und Stelle erzeugte Gas und die dabei vom mitgerissenen festen Kuhlstoff anfallenden gasförmigen Z;ersetzungsprodukte teilweise aufseblasen. Anschließend wird die Hülle aui die gleiche Art und Weise durch die restlichen Pulvertaschen der beide Gruppen gänzlich aufgeblasen. Deren Pulverinhalt wird nämlich durch das während des Pulverabbrandes in den frcmdinitiierten Pulvertaschen angezündete und nach Brennschluß derselben weiterbrennende pulver in den Verbindungskanälen angezündet.
• Diese Ausführungen machen deutlich, daß der bekannte Feststoffgasgenerator zu den Niederdruckbautypen zählt, die nur schwerlich innerhalb der extrem kurzen Zeitspanne zwischen Unfallbeginn und daraus resultierender Bewegung des bzw. der Fahrzeug insassen relativ zum Fahrzeug die Hülle auf das für einen ausreichenden Insassenschutz erforderliche Volumen aufblasen können. Im vorliegenden Fall kommt erschwerend hinzu, daß die ohnehin niedrige Strömungsgeschwindigkeit der erzeugten Niederdruckgase auf dem Wege zur Hülle eine betrÄchtliche hbsenkung erfährt, und zwar durch den großen Strömungswiderstand, den das zwischengeschaltete, mit festem Kühlstoff gefüllte Behältnis darstellt. Einen weiteren Nachteil stellt schließlich das unkontrollierte Nachbrennen von im Gasstrom mitgeführtem Schwarzpulver im Hülleninnern dar. zusammen mit der erst nach Brennschluß der beiden irendinitiierten Pulvertaschen in den übrigen Pulvertaschen einsetzenden Gaserzeugung steht es nämlich einem definierten t)ruck-Zeit-Verlauf und einer bedarfsweisen geziclten Wariierung desselben hinderlich im Wege.
• Bekannt ist auch eine Zuordnung von beispielsweise vier Gasgeneratoren zur stoßdämpfenden Hülle eines Kraftfahrzeuges. Gebildet werden diese Gasgeneratoren von Rohren, die mit festen gaserzeugenden Medien unterschiedlicher Brenndauer gefüllt sind. Die Zündfolge ist derart, daß - vom Augenblick der Kollision an gerechnet -beispielsweise zwischen der 3. und 20. rnsec, 15. und 50. rnsec, 40. und 200. msec und 150. und 500. msec jeweils ein Generator Gas in die Hülle einspeist. Die zeitlich überlappte Gaserzeuguny dient allerdings nicht dazu, die Hülle zur Vermeidung von beschädigungen, insbesondere im besonders reißgefährdeten inspannbereich, und Reduzierung des Schalldrucks stufenweise auf das für einen ausreichenden Insassenschutz erforderliche Endvolumen aufzublasen. Auf diesen Weg sollen lediglich die abkühlungsbedingten Volumenabnahmen der bereits vom ersten Gasgenerator schlagartig auf das vörgesehene Endvolumen aufgeblasenen Hülle kompensiert werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfachen, kompakten und stets funktionssicheren Feststoffgasgenerator eingangs genannter Gattung zu entwickeln, dessen Druck-Zeit-Verlauf auf einfache Art und Weise in weiten Grenzen veränderbar ist und exakt an die jeweils gestellten Forderungen angepaßt werden kann.
• Diese Aufgabe wird erfinfungsgemäß dadurch gelöst, daß in minen Generatorgehäuse mindestens zwei, jewells Fest- treibstoff auf der Basis eines Schnellbrenners enthaltende Brennkammern mit eigenen, ins gleiche aufzublasende bzw. zu füllende Volumen einmündenden Gasauslässen untergebracht sind und daß die Festtreibstoffe der einzelnen Brennkammern nacheinander angezündet werden, und zwar jeweils vor Brennschluß des Festtreibstoffs der bezüglich der Anzündfolge vorgeordneten Brennkammer bzw. -kammern.
• Der erfindungsgemäße Festst-offgasgenerator ist zum Aufblasen stoßdämpfender Hullen in Kraftfahrzeugen. und zum Füllen anderer Druckbehältnisse, wie sie beispielsweise in Notbremsanlagen für Aufzüge und Kvraftfahr2eugen vorkommen, hervorragend geeignet. Zu dieser Eignung trägt in erster Linie bei, daß die enstprechende Hülle bzw. das jeweilige Durckbehältnis beim Aufblasen bzw.
• Füllen mit Generatorgas vor übermäßigen mechanischen und thermischen Belastungen sicher bewahrt und die den Aufblase- bzw. Füllvorgang begleitenden Schalldrücke erheblich reduziert werden kennen. Zu-rUckzuführpn ist dieser positive Sachverhalt auf die Möglichkeit einer exakten Anpassung des Druck-Zeit-Verlaufs an jede beliebige Forderung. Dafür sorgt die konstruktiv einfache, raum-und kostensparende Unterbringung von mindestens zwei, mit Festtreibstoff auf der Basis eines Schnellbrenners bestückten selbständigen Brennkammern in einem gemeinsamen Generatorgehäuse in Verbindung mit einer gezielten Überlagerung ihrer Betriebazeiten, die - wie im folgenden gezeigt wird - ohne Zuhilfenahme komplizierter, wartungsbedürftiger und somit die Funktionssicherheit beeinträchtigender Steur- und Zündmechanismen verwirklicht wi-rda In Ausgestaltung der Erfindung wird lediglich der Festtreibstoff einer Brennkammer mittels einer fremdinitiierten Zündladung, der Festtreibstoff der andern Brennkammer bzw. - kammern dagegen unmittelbar oder mittelbar durch Gas aus der bzw. den bereits in Betrieb befindlichen Brennkammer bzw. - kammern angezündet, und zwar -wie bereits erwähnt -. zeitverzögert.
• Zum zeitverzögerten Anzünden des Festtreibstoffs einer Brennkammer mittels Gas aus einer bereits betriebenen Brennkammer fuhren gemäß weiteren ausgestaltenden Er findungsmerkamlen Äron der letzteren zur ersteren bzw.
• zum dieser zugeordneten Verteilerraum Strömungswege.
• Diese Strömungswege weisen itn Vergleich zu den Brennkammerauslässen sehr kleine Querschnitte auf bzw. sind, insbesondere bei größeren Querschnittsdimensionen, anfänglich durch eine Verzögerungsladung in tsorm eines eingeklebten Pulverstücks oder dergleichen verschlossen.
• Durch Anzahl und Disnensionierung der die Brennkammern verbindenden Strömungswege sowie Abbrandgeschwindigkeit und Länge der in den Strömungswegen gegebenenfalls angeordneten Vermögerungsladungen lößt sich in Verbindung mit der mengenmäßigen Bemessung, Formgebung und chemischen Zusammensetzung der in den Brennkammern befindlichen Festtreibstoffe und der Bemessung der äußeren Klemnung der Druck-Zeit-Verlauf des erfindungsgemäßen Feststoffgasgenerators auf einfache Art und Welse beliebig variferen.
• Eine zusätzliche Einflußnahme auf den Druck-Zeit-Verlauf ist möglich, wenn - wie es bei einem weiteren Erfindungsmerkmal der Fall ist - der Verzögerungsl@dung in den Strömungswegen zwischen zwei Brennkammern jeweils eine Beil@dung nachgeordnet ist.
• Bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Feststoffgasgenerators, die sich durch eine besonders kompakte Bauweise auszeichnet, ist das @eneratorgehäuse aus einem rotationssymmetrischen, im Längsschnitt U-förmigen Gehäuseteil und einem in dieses eingeschraubten rotationssymmetrischen Cehäuseteil mit im Längsschnitt P-förmiger Ausbildung zusammengesetzt. Zwischen den verschraubten Gehäuseteilen ist ein Trennstück aus cinem zur Generatorlängsachse senkrechten Ring und zwei in Generatorlängsrichtung sich erstreckenden, hülsenfönaigen Fortsätzen eingespannt. Es unterteilt den von den GehEuseteilen umschlossenen- kaun in zwei radial außenliegende ringförmige Brennkammern mit eigenen Gasauslässen und in zwei radial innenliegende ringförmig Verteilerraume.
• Der eine Verteilerraum kommuniziert einerseits über Öffnungen im angrenzenden hülsenförmigen Fortsatz des Trennstücks mit der ihn umgebenden Brennkarnrner und andererseits Uber anfänglich verdämmte Öffnungen in einem ra,-dial nach innen gerichteten Vorsprung des betreffenden hülsenförmigen Fortsatzes mit einer im Boden des U-förmigen Gehäuseteils eingearbeiteten Ringnut. Darin befindet sich eine Zündladung, die mittels einer oder mehrerer, eingebetteter Zündpillen initiiert wird. Der andere Verteilerraum steht einerseits über Öffnungen im angrenzenden hülzenförmigen Fortsatz des Trenhnstücks mit der ihn umgebenden Brennkammer, andererseits über die bereits an anderer Stelle beschriebenen Strömungswege mit der anderen Brennkammer in VerbIndung. Im vorliegenden Fall verlaufen diese Strömungswege durch den Ring des Trennstücks Zur Erzielung einer großen Abbrandfläche em?fiehlt sich eine Aufgliederung des in jeder Brennkammer installierten Festtreibstoffs auf der Basis eines Schnellbrenners in Scheiben und eine Anordnung von Ausgleichsscheiben zwischen den einzelnen Treibstoffscheiben.
• Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen schamatisch dargestellten und nachfolgend ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Feststoffgasgenerator mit veränderbarem Druck-Zeit-Verlauf und Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer abgewandelten Generatorausführung gleichen Typs.
• Fig. 1 zeigt im versetzten Längsschnitt einen Feststoffgasgenerator t. Das Generatorgehäuse besteht aus einem Unterteil 2 und einem Oberteil 3. Gehäuseunterteil 2 und -oberteil 3 sind miteinander verschraubt und mittels O-Rtngen 4 und 5 abgedichtet. Zwischen ihnen ist ein Trennstück 6 eingespannt. Das Trennstück 6 besteht aus einem quer zur Generatorlängsachse sich erstreckenden Ringelement 7 und zwei in generatorlängsrichtung sich erstreckenden hülsenförmigen Fortsetzen 8a und 8h. Es unterteilt das Generatorinnere in zwei radial außenliegende ringförmige Brenntummern 9 und 10 mit eigenen, ins gleiche Volumen anmündenden Gasauslässen 11, 12 und in zwei kleinere, radial innenliegende Verteilerräume 13 und 14, von denen Bohrungen 15 bzw. 16 durch die hUlsenförmigen Fortzätze 8a bzw. 8b des TrennstGcks 6 zur angrenzenden Brennkammer 9 bzw. 10 führen. Der Gasauslaß 11 der einen brennkammer 9 verläuft durch das GehSuseunterteil 2. Der Gssauslaß 12 der anderen Brennkammer 10 erstreckt sich durch das Ringelement 7 des Trennstüdcs 6 und das Gehäuseunterteil 2. Beide Gasauslässe 11 und 12 sind vor Inbetriebnahme der betreffenden Brennkammer 9, 1C beispielsweise durch Aluminiumfolie 17 bzw. 18 verdamms. Die mit 18 bezeichnete Aluminiumfolie verhindert gleichzeitig ein Auftreten von Leckströmen zwischen dem äußeren Rand des Ringelanents 7 und dem gehäuseunterteil 2. Zwischen dem Gehäuseoherteil 3 und dein inneren Rand des Ringelements 7, in dessen Bereich Kapillarbohrungen 20a, 20b von der mit 9 bezeichneten Brennkammer zum mit 14 bezeichneten radial innenliegenden Verteilerraum führen, werden solche Leckströme durch einen Dichtring 21 unterbunden.
• In jeder Brennkammer 9, 10 befinden sich beispielsweise drei durch Ausgleichsscheiben 22 bzw. 23 getrennte Scheiben 24 bzw. 25 aus Festtreibstoff hoher Abbrandgeschwindigkeit. Ausgleichsscheiben- 22, 23 und Treibstof£scheiben 24, 25 sind durch Zylinderstifte 25 fixiert, die sich durchs Ringelement 7 des Trennstücks 6 erstrecken.
• Letzteres ist ebenfalls durch einen in eine Bohrung des Gehäuseunterteils 2 eingreifenden Zylinderstift 27 fixiert. Dadurch wird vermieden, daß sich beim gasauslaß 12 der mit 10 bezeichneten Brennkammer der durch das Ringelement 7 verlaufende Auslaßabschnitt gegenüber dem durchs Gehäuseunterteil 2 verlaufenden verschiebt.
• Wie Fig. 1 ferner zu entnehmen ist, erstreckt zwei vorn, freien Ende des hülsenförmigen Fortsatzes 8a ein vor sprung 28 radial nach innen. Der mit anfünglich vrdämmten Löchern 29 versehene Vorsprung 23 überbrückt eine im Gehäuseunterteil 2 eingearbeitete Ringnut 30. Darin befindet sich eine Zündladung 31 und beispielsweIse wcl, mit Klebstoff eingesetzte elektrische Zündpillen, von denen lediglich eine (32) zu sehen ist. wie zu den Zündpillen 32 führenden Versorgungsleitungen tragen die Bezugszeichen 33a und 33b.
• Der vorbeschriebene Feststoffgasgenerator funktioniert wie folgt: Sobald die Zündladung 31 mittel der Zündpillen 32 initiiert wird, gelangen die aus dieser Initiierung resultierenden Anfeuerungsgase durch die Löcher 20 im Vorsprung 28 in den Verteilerraum 13 und von dort durch die Bohrungen 15 in hülsenförmigen Fortsatz ?c' in le Brennknmmer 9. Hierdurch werden die Treibstoffscheiben 24 gleichzeitig am inneren Umfang angezündet. Dar von dnn angezündeten Treibstoffscheiben 24 erzeugte Gas strömt teils zum Gasauslaß 11 der Brennkammer 9, teils über die Kapillerbohrungen 20a und 20b - entsprechend den gewählten Bohrungsdurchmessern - mehr oder weniger zeitverzögert in den Verteilerraum 14 und von dort über die Bohrungen 16 im hülsenförmigen Fortsatz 8b in die Brennkammer 10. Dies hat eine Anzündung der darin installierten Treibstoffscheiben 25 zur Folie. Das von den angezündeten Treibstoff scheiben 25 erzeugte Gas verläßt die Brennkammer 10 Uber den Auslaß 12, und zwar mit entsprechender Zeitverzögerung.
• Fig. 2 zeigt ausschnittsweise Ringsegment 37 und hülsenförmige Fortsätze 38a, 38b eines Trennstücks 36, welches analog zu Pig. 1 das Innere eines Feststoffgasgenerstors in zwei radial außenliegende ringförmige Brennkammern 39. 40 und in zwei radial innenliegende ringförmige Verteilerräume 41, 42 unterteilt. Im vorliegenden Beispiel verlaufen statt der Kapillarbohrungen in Fig. 1 Strömungswege 43a bis d größeren Querschnitts von der zuerst in Betrieb genommenen Brennkammer 39 zum mit 42 bezeichneten Verreilerraum.
• Diese Strömungswege 43a bis d sind durch ein eingeklebtes Pulverstück 44 anfänglich verschlossen. Letzteres wird' durch die in der Brennkammer 39 erzeugten Gase angezündet. Je nach Länge und Abbrandcharakteristik verzögert es mehr oder weniger die Anzündung einer nachgeordneten Beiladung 45 ilnd sonit auch die Ganerzeugung in der mit 40 bezeichneten Brennkammer.
• Patentansprüche:

Claims (7)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e Feststoffgasgenerator, insbesondere zum stufenweisen Aufblasen stoßdömpfender Hüllen in Kraftfahrzeugen, dadurch g e k t? n n z e i c h h e t , daß in einem Generatorgehäuse (2, 3) mindestens zwei, jeweils Festtreibstoff (24, 25) auf der Basis eines Schnellbrenners enthaltende Brennkammern (9, 20; 39, 40) mit eigenen, ins gleiche aufzublasende bzw. zu füllende Volumen einmündenden Gasauslässen (11, 12) untergebracht sind und daß die Festtreibstoffe (24, 25) der einzelnen Brennkammern (9, 10; 39, 40) nacheinander angezündet werden, und zwar jeweils vor Brennschluß des Festtreibstoffs der bezüglich der Anzündfolge vorgeordneten Brennkammer bzw. -kammern.
2. 2. Feststoffgasgenerator nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n 5 e i c h n e t , daß lediglich der Festtreibstoff (24) einer Brennkammer (9, 39) mittels einer fremdlnititerten Zündladung (31), der Festtreibstoff (25) der anderen Brennkammer bdw. @kammern (10, 40) dagegen unmittelbar oder mittelbar durch Gas aus der bzw. den bereits in Betrieb befindlichen Brennkammer bzw. -kammern (9, 39) angezündet wird.
3. 3. Feststoffgasgenerator nach den Ansprüchen 1 und 2, durch g e k CT n n z e i c h n e t , daß von Jeder Brennkammer (9) Strömungswege mit im Verglich zu ihrem Gasauslaß (11) kleinen Querschnitt, wie Kapillarbohruny-en (20a, 2Ob), zur jeweils angrenzenden Brennkammer (10) bzw. zum letzteren zuge@rdneten Verteilerraum (14) führen.
4. 4. Feststoffgasgenerator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß von jeder Brennkammer (39) Strömungswege (43a bis 43d) zur jeweils angrenzenden Brennkammer (40) bzw. zum letzterer zugeordneten Verteilerraum (42) führen, die anfänglich durch eine Verzögerungsladung (44) in Form eines eingeklebten Pulverstücks oder derglaichen verschlossen sind.
5. 5. Feststoffgasgenerator nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Verzögerungsladung (44) in den von einer Brennkammer (39) zur jeweils angrenzenden Brennkammer (40) bzw. zu deren Verteilerraum (42) führenden Strömungswegen (43a bis 43d) eine Beiladung (45) nachgeordnet ist.
6. 6. Feststoffgasgenerator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch g e k e n n 2 e i c h n e t , dan das Generstorgehäuse aus einem rotationssymmetrischen in Längs schnitt U-förmigen Gehäuseteil (2) und einem in dieses eingeschroubten rotationssymmetrischen Gehäuseteil (3) zusammengesetzt ist, welches im Längsschnitt eine T-Fonm aufweist, daß der von den Gehäuseteilen (2, 3) umschlosene Ringraum durch ein zweischengespanntes Trennstück (6, 36) aus einem zur Generatorlängsechse senkrechten Ring (7, 37) und zwei in Generatorlängsrichtung sich erstreckenden, -hülsenförmigen Fortsätzen (8a, 8b; 38a, 38b) in zwei radial außenliegende ringförmige Brennkammern (9, 10; 29, 40) mit eigenen Gasauslässen (11 bzw. 12) und in zwei radial innenliegende ringförmige Verteilerräume (13, 14; 41, 42) unterteilt ist daß der eine Verteilerraum (13) einerseits über Öffnungen (15) im angrenzenden hülsenförmigen Fortsatz (8a) des Trennstücks (6) mit der ihn umgebenden Brennkammer (3), andererseits über anfänglich verdämmte Öffnungen (29) in einem radial nach innen gerichteten Vorsprung (28) des betreffenden hülsen förmigen Fortsatzes (8a) mit einer im Boden des U-förmigen Gehäuseteils eingearbeiteten Ringnut (33) kommuniziert, in welcher die mittels einer oder mehrerer elektrischer Zündpillcn (32) initiierhare Zündladung (31) untergebracht ist, daß der andere Verteilerraum (14) einerseits über Öffnungen (16) im angrenzenden hülsenförmigen Fortsatz (8L) des Trennstücks (6) mit der ihn umgebenden Brennkammer (10), anderer seits über die im Querschnitt sehr kleinen und/oder anfänglich durch die Verzögerungsladung (»4) und die gegebenenfalls nachgeordnete Beiladung (45) verschlossenen Strömungswege (20a, 20h bzw. 43a bis 43d) mit der anderen Brennkammer (9) in Verbindung stcht und daß diese Strömungswege (20a, 20b; 43a bis 13d) durch den Ring (7, 37) des Trennstticks (C, 36) verlaufen.
7. 7. Feststoffgasgenerator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h ne t , daß der in jeder Brennkammer (9, 10) installierte Festtreibstoff auf der Basis eines 5chnellbrenners in Scheiben (24, 2 ) aufgegliedert und zwischen aufeinanderfolgenden Treib~ stoffscheiben jeweils eine Ausgleichsscheibe (22, 23) angeordnet ist.