CN101374697B - 用于安全系统的气体产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于安全系统的气体产生装置(1)。该气体产生装置包括可爆炸装料，所述装料至少由主烟火化合物和辅助化合物形成，所述主烟火化合物处于第一腔室(10)中，且由设有增强装料的至少一个激发器(11)激发，所述辅助化合物处于第二腔室(20)中，所述第二腔室在接近所述第一腔室的第一区域(30)处设有用于排放气体的周边孔眼(17)，且在第二区域(40)中容纳所述辅助化合物。形成气体通道的障碍物的部件(70)安装在所述第二腔室中、所述第一区域和第二区域之间，所述障碍物形成部件使得气体可传入中心部分，且形成气体通向周边部分的通道的障碍物，并对于要被稍微限制的气体相互作用体积空间来说具有足够的透过率。

Description

用于安全系统的气体产生装置
技术领域
本发明涉及尤其是在机动车辆中用于保护财产和/或人身的安全系统的领域。特别地讲，它涉及一种连接到冲击吸收气囊的气体产生装置，所述气体产生装置包括至少由主烟火化合物、和辅助化合物形成的可爆炸装料。
背景技术
现有技术中已公知以本申请人的名义提交的专利申请WO 0189885，其公开了这样一种气体产生装置。在这种系统中，主烟火化合物的燃烧产物引起辅助化合物的分解。主化合物容纳在主腔室中，所述主腔室与设有增强装料(reinforcing charge)的激发器关联。主化合物的燃烧产物和辅助化合物的燃烧产物的至少一种相互作用在稍微限制的体积空间中通过氧化还原反应发生。稍微限制的体积空间意味着在这种体积空间中反应的气体的压力小于几百巴。例如，这种稍微限制的体积空间可由辅助腔室的第一区域、和容纳辅助化合物的第二区域组成。用于排放气体的孔眼环绕着这种反应区域设置。有利地，反应区域设置在主腔室与辅助化合物存储区域之间。
在本专利申请所描述的优选实施例中，辅助化合物成粉末固体化合物的形式，通常为硝酸铵。目前，存在这种危险：在辅助化合物完全分解之前，粉末可通过用于排放气体的孔眼喷射。
因此，本发明的目的是改进专利申请WO 0189885中描述的气体产生装置，以防止这种危险。
发明内容
为此，本发明提供了一种用于安全系统的气体产生装置，包括：可爆炸装料，所述装料至少由主烟火化合物和辅助化合物形成，所述主烟火化合物处于第一腔室中，且由设有增强装料的至少一个激发器激发，所述辅助化合物处于第二腔室中，所述辅助化合物的分解由主化合物的燃烧产物引起，主化合物的燃烧产物与辅助化合物的燃烧产物通过氧化还原反应的相互作用发生在稍微限制的体积空间中，所述第一腔室通过中心喷嘴与所述第二腔室连通，且所述第二腔室在与所述第一腔室接近的第一区域设有用于排放气体的周边孔眼，且在第二区域中容纳所述辅助化合物，其特征在于，形成气体通道的障碍物的部件安装在所述第二腔室中、所述第一区域与第二区域之间，所述障碍物形成部件使得气体可传入中心部分，且形成气体通向周边部分的通道的障碍物，并对于要被稍微限制的气体相互作用体积空间来说具有足够的透过率(transparency)。
使辅助装料的分解的推进剂喷射行进到所述第二区域，因为在该区域的入口处具有周边障碍物，这产生再循环体积空间，其中，温度最大，且动能最小。这使得粉末不会被喷射，而在现有技术的装置的情况下会产生粉末喷射。
有利地，所述障碍物形成部件具有40至60％的透过率。
从而，设置有气体通道的实际周边障碍物，且相互作用体积空间保持被稍微限制。
有利地，所述障碍物形成部件具有50％的透过率。
根据优选实施例，所述障碍物形成部件是格网，所述格网设有菱形网孔和圆形中心孔眼。
在可选解决方案中，所述障碍物形成部件是金属板，所述金属板设有绕着具有较大直径的圆形中心孔眼定位的圆形孔眼。
格网或穿设有孔的板不能保持辅助装料，这不像现有技术中有时使用的那些部件、例如德国专利申请DE 19822654中的部件那样。格网或穿设有孔的板的开口的尺寸因此有利地比粉末颗粒的尺寸大，且确保了格网在任何情况下对于要被稍微限制的相互作用体积空间来说均可保持足够的透过率。例如，对于通常在5至500微米之间的粉末颗粒尺寸，这种开口具有2至6mm之间的直径。这使得可避免粉末堵塞开口从而限制气体排放的危险。
由于具有格网或穿设有孔的板而产生的循环使得在粉末床上分布的推力低。没有反应的部分粉末被稍微挤压，且不会面临在分解之前被驱动超过格网的危险。
在一些情况下，辅助装料成尺寸大于1毫米的颗粒或球粒的形式。在这种情况下，开口不会被堵塞，且其尺寸不太重要，假如障碍物形成部件具有这样的透过率，即该透过率一方面使得相互作用体积空间保持被稍微限制，另一方面使得由于存在格网或板而产生的循环令人满意。
有利地，所述障碍物形成部件由不锈钢制成，且具有0.5至1.5mm之间的厚度。
有利地，由不锈钢制成的格网或穿设有孔的板具有0.7至1mm之间的厚度。
可选地，格网或穿设有孔的板由铝制成，且具有1至3mm之间的厚度。
不锈钢和铝是与硝酸铵相容的两种材料。
可选地，所述圆形中心孔眼被替换成具有较低厚度的中心区域，所述中心区域被设计成会被来自所述喷嘴的气体喷射破坏。
有利地，所述障碍物形成部件由环形肩部保持，所述环形肩部设在所述第二腔室的内周边上、第一区域和第二区域之间。
障碍物形成部件的存在确保了粉末在气体产生装置内完全燃烧，从而没有粉末喷射。
根据本发明的另一方面，用于排放气体的周边孔眼的尺寸使得第二腔室中的操作压力在50至250巴之间。
有利地，操作压力在100至200巴之间。
有利地，密封所述排放孔眼的装置提供这种孔眼的封闭，所述装置被设计成在第二腔室中的压力达到给定水平时破坏。
有利地，所述密封装置破坏时的所述压力水平在30至170巴之间。
有利地，所述压力水平在70至130巴之间。
有利地，所述装置是金属条带，所述金属条带通过另一金属部件或粘结剂保持在腔室的内壁上。
根据本发明的另一方面，第二腔室的容纳辅助化合物的所述第二部分通过使用安全泄放盘密封，所述安全泄放盘设置成在来自所述喷嘴的气体压力下破坏。
有利地，所述安全泄放盘包括星形初始破坏线。这些可以是具有较小或预先减小的厚度的区域。
可选地，整个安全泄放盘可具有较小的厚度。
根据本发明的另一方面，所述安全泄放盘设置成抵靠着所述障碍物形成部件。
可选地，所述部件直接配有安全泄放盘。
有利地，所述喷嘴具有杯-球形开口，所述开口具有中心圆柱形部分和两个张开部。
有利地，所述张开部具有10°至120°之间的开口角度。
这种形状使得可产生和调节能量密度，便于硝酸铵的激发。
有利地，所述第二腔室由插塞封闭，所述插塞被设计成导入所述第二腔室、且包括可使得它锁扣的周边凹部。
根据本发明的另一方面，所述辅助化合物包括硝酸铵、和基于胍衍生物的还原添加剂(reducing additive)。
有利地，所述胍基添加剂包括硝酸胍，其可能具有抗结块添加剂。
可选地，所述胍基添加剂包括具有小颗粒的硝基胍，其特别是利用其固有杂质稳定。
根据有利性较低的可选实施例，障碍物形成部件可由处于第二腔室中的限制部形成，所述限制部的直径小得足以使反应体积空间保持被稍微限制。例如，对于具有30mm的直径的腔室来说，这可以是直径为21.5mm的限制部。
应当指出，根据本发明的气体产生装置的一种可能应用是座位安全带预紧器的致动。
应当指出，根据本发明的气体产生装置的另一种可能应用是封闭件或千金顶的加压。
附图说明
当参看附图阅读下面仅作为本发明的多个实施例的说明给出的描述时，本发明将变得更好理解，附图包括：
图1示出了根据本发明的气体产生装置的第一可选方案的纵向剖视图；
图2示出了用于图1的气体产生装置的格网的平面图；
图3示出了根据第二实施例的用于图1的气体产生装置的格网的平面图；
图4示出了用于图1的气体产生装置的安全泄放盘的平面图；
图5示出了根据本发明的气体产生装置的第二可选方案的纵向剖视图；
图6示出了根据本发明的装置的第三可选方案的纵向剖视图；以及
图7示出了根据本发明的气体产生装置的第四可选方案的纵向剖视图；
具体实施方式
根据本发明的用于安全系统的气体产生装置的实施方法与专利申请WO 0189885中所描述的相同，下面不再进行描述。此外，根据本发明的气体产生装置的总体构造与该专利描述的气体产生装置相近，共同的元件不再进行更详细地描述。
根据本发明的气体产生装置1是一种用于诸如气囊的安全系统的气体产生装置。它包括可爆炸装料，所述可爆炸装料由主烟火化合物和辅助烟火化合物形成。主化合物的燃烧气体流加热辅助化合物，从而使辅助化合物分解。由主化合物产生的气体和由辅助化合物产生的气体在稍微限制的体积空间中通过氧化还原反应相互作用。
主烟火化合物由推进剂组成。辅助化合物主要包括硝酸铵、和胍基还原添加剂。
气体产生装置容纳在厚壁圆柱形套筒60中。
主元件10包括激发器11、和主腔室18，其中所述激发器11设有增强装料，所述主腔室18容纳主烟火化合物。
主元件10具有适于导入套筒60中的圆柱形形状。承载着激发器11的后部件15设有周边凹部62，使得可使主元件锁扣在套筒中，且适于接收密封垫圈64。它也可设有第二凹部，所述第二凹部更深地位于装置内，且适于接收密封垫圈70。
主化合物和辅助化合物之间的中间元件包括盘16，所述盘16具有与套筒60的内径对应的直径，以封闭主腔室。喷嘴类型的出口12设置在该元件16的中心部分处。
套筒60设有内周边较厚部分19，所述内周边较厚部分19形成环形限制部。这种环形限制部形成肩部，盘16抵靠在所述肩部上。盘16设有周边凹部61，所述周边凹部61容纳着密封垫圈。
喷嘴12设置在盘16的中心处，以使它沿着气体产生装置1的中心轴线延伸。这种喷嘴具有杯-球形开口，所述开口具有中心圆柱形部分13和两个张开120°的张开部分14。
辅助元件20包括辅助腔室，该辅助腔室的第一区域由其中产生后续燃烧的反应腔室30组成，第二区域由腔室40组成，腔室40容纳着辅助化合物。
反应腔室30具有圆柱形形式，且它由中空圆柱体形成，所述中空圆柱体具有适于在形成环形限制部的内周边较厚部分19处插入套筒60中的外径。这种环形限制部的长度与腔室30的长度对应。形成圆柱体的腔室30设有外环形凸缘21，所述外环形凸缘21抵靠着较厚部分19。该凸缘21具有格网安全泄放盘组件可抵靠着的接触表面，这将在下面描述。腔室30设有用于排放气体的周边孔眼，所述周边孔眼等间隔定位，且与设在套筒60中的孔眼对应。
容纳辅助化合物的腔室40由中空圆柱体形成，所述中空圆柱体具有被设计成用于插入套筒60中的外径。这种圆柱体在其朝向主化合物的端部处敞开、在另一端部处封闭。
具有适于插入套筒60中的直径的插塞50包括周边凹部63，所述周边凹部63可使它被锁扣，且被设计成接收密封垫圈。此外，这种插塞包括第二凹部，所述第二凹部更接近气体产生装置的内部，且使得可装配密封垫圈71。
在操作时，腔室30和40连通，使得主化合物的燃烧产物、和辅助化合物的燃烧产物的相互作用在稍微限制的体积空间中发生。然而，根据本发明，分离组件70置于所述腔室30和40之间。可从图1中看出，这种分离组件置于腔室30的圆柱体、与腔室40的圆柱体之间，所述分离组件抵靠着腔室30的圆柱体的凸缘21。如图1至4所示，这种分离组件70包括分隔部件90、和部件80；180，所述分隔部件90设计成在喷嘴12传送的气体的压力下破坏，所述部件80；180形成气体通道的障碍物，所述部件设计成使得气体可传入绕着气体产生装置的轴线的中心部分81；181、以及形成通向周边部分84；184的通道的障碍物，并对于要被稍微限制的气体相互作用体积空间来说具有足够的透过率。
参看图2，障碍物形成部件是不锈钢制成的格网80，其设有菱形网孔82和圆形中心孔眼81。具有50％的透过率的这种障碍物形成部件作用在腔室的端部处的收缩部22上，从而覆盖所述腔室40和腔室30之间的整个连通表面。例如，在具有35mm直径的套筒60的情况下，格网具有32.2mm的直径，中心孔眼具有8mm的直径，格网线具有0.8mm的直径，网孔尺寸是4mm×8mm。这种格网的厚度低。例如，格网的厚度是0.8mm。
图3示出了根据第二实施例的形成气体通道的障碍物的部件。这也是不锈钢格网，但此时它由已设有圆形孔182的金属板180制成，所述圆形孔182绕着中心孔眼181沿两圈布置，所述中心孔眼181具有与格网80的孔眼81的直径对应的较大直径。
参看图4，分隔部件是安全泄放盘90。这种安全泄放盘在初始静止时密封腔室40。这种安全泄放盘的厚度被设置成在喷嘴12传送的气体的压力下破坏。为了便于破坏安全泄放盘并保持气体的通道的畅通，安全泄放盘设有星形初始破坏线91。所述星形初始破坏线可以是具有较小的或预先减小的厚度的区域。
另一方面，请参看图1，用于密封排放孔眼17的内条带100设置在腔室30的圆柱体和套筒60之间、内较厚部分19上。该条带在初始静止时确保这种孔眼的密封。它被设计成当第二腔室中的压力达到给定水平时破坏。例如，这种条带在腔室30中的压力达到大约100巴时破坏。
应当指出，用于排放气体的周边孔眼17的数目和尺寸被设置成使第二腔室中的操作压力在50至250巴之间，更精确地在100至200巴之间。
还应当指出，辅助化合物主要包括硝酸铵、和基于胍衍生物的还原添加剂。这种添加剂主要包括硝酸胍。在可选的解决方案中，添加剂还包括具有小颗粒的硝基胍，其利用其固有杂质稳定。
还应当指出，一方面具有激发器和增强装料的主元件10、另一方面具有格网和安全泄放盘的容纳着辅助化合物的圆柱体40组成子组件，所述子组件可单独制造(它们易于操纵，便于运输，且它们也可用于其他应用场合)。
图5示出了本发明的可选实施例。气体产生装置101容纳在圆柱形套筒160中。
主元件110包括激发器111和主腔室118，所述激发器111设有增强装料，所述主腔室118容纳主烟火化合物。
主元件110具有适于导入套筒160中的圆柱形形状。后部件设有适于接收密封垫圈170的周边凹部。
主元件的锁扣不像前述实施例中的那样实现，即不是通过将套筒的周边部分冲压到设在主元件中的凹槽中的方式实现，而是通过使套筒的后端的弯折边缘锁扣在主元件的后表面116上实现。
设有喷嘴112的中间元件115类似于前述实施例中所描述的元件16。
如同前述实施例，辅助元件120包括辅助腔室，所述辅助腔室的第一区域由其中发生后续燃烧的反应腔室130形成，第二区域由容纳着辅助化合物的腔室140形成。
如同前述实施例，反应腔室130由内周边较厚部分119限定，所述内周边较厚部分119形成用于套筒160的环形限制部。
容纳辅助化合物的腔室140由具有适于插入套筒160中的外径的中空圆柱体形成。这种圆柱体在其朝向主腔室的端部处敞开，在其另一端部处封闭。
具有适于导入套筒160中的直径的插塞150包括周边凹部，所述边凹部可装配密封垫圈171。插塞的锁扣不是像前述实施例中的那样通过将套筒的周边部分冲压到设在插塞中的凹部中执行，而是通过使套筒上的前端部的弯折边缘锁扣在插塞的前表面151上执行。
如同前述实施例，分离组件170置于腔室130和140之间，这种组件包括分隔部件和格网80，所述分隔部件被设置成在喷嘴112传送的气体的压力下破坏。
分离组件170由插塞支撑，所述插塞的本体由图1中示出类型的分隔安全泄放盘173和抵靠着套筒160的内周边较厚部分119的圆柱形周边凸缘172组成。格网80抵靠着分隔安全泄放盘173。从而，格网80从套筒160的内周边较厚部分119的端部推开的距离与凸缘172的长度对应。
另一方面，格网80抵靠着内肩部174，所述内肩部174靠近腔室140的开口设置。因此，格网置于插塞173和肩部174之间。实际中，肩部174通过向着腔室140的内部冲压形成。
用于密封排放孔眼117的外条带175设在套筒160的周边上。它由金属部分组成，所述金属部分被设计成当第二腔室中的压力达到给定水平时变形，从而充当偏转部件。例如，这种条带在腔室30中的压力为大约100巴时变形。此外，与前述示例中的描述的相同的内密封条带176抵靠着孔眼117延伸。
一方面具有激发器和增强装料的主元件110、另一方面具有格网和安全泄放盘的容纳辅助化合物的圆柱体140构成子组件，其可单独制造。辅助子组件非常容易制造，因为它首先用混合物充分充填圆柱体，然后定位格网并最终固定插塞。
图6示出了本发明的另一可选实施例。
在该可选的解决方案中，没有提供套筒，因为由厚壁筒壳(cartridge)组成的主元件和辅助元件直接加装在中心部件上，中心部件中设有喷嘴212。
中心部件215是盘，所述盘的两端设有同轴圆柱形套筒216和214，所述套筒216与盘215具有相同的直径，而套筒214稍小些。
主元件210包括厚壁圆柱形元件，所述圆柱形元件的一端封闭，所述一端内可容纳设有增强装料的激发器211。敞开的另一端被设置成装配在套筒216内，使得盘215完全封闭元件210的内部，从而限定出主腔室，所述主腔室通过喷嘴212连接到辅助腔室。有利地，安全泄放盘定位在主元件210的敞开部分上，以便在安装在中心部件215上之前封闭腔室210。这种安全泄放盘被设计成在气体压力下在喷嘴的位置处破坏。主元件锁扣在中心元件上。
辅助元件220包括厚壁圆柱形部分，所述圆柱形部分在其一端处封闭，在其另一端处敞开。这种辅助元件的壁在敞开端处在肩部27之后薄些。这种辅助元件在其较薄端处的内径与圆柱体214的外径对应，从而圆柱形214适于装配到辅助元件中。
格网80适于装配在辅助元件220内和抵靠着肩部274。例如在前述实施例中，设有适于被气体压力破坏的安全泄放盘的插塞270置于格网和形成后续燃烧腔室230的圆柱形部分之间，所述后续燃烧腔室230设有排放孔，所述排放孔与设在元件220的周边上的排放孔217连通。腔室230当装配到圆柱体214上抵靠着圆柱体214的端部，从而由格网、插塞和腔室组成的组件固定在辅助元件220内。辅助元件在中心元件上的锁定通过锁扣获得。
辅助筒壳220可单独制造(充填混合物、定位格网并通过焊接封闭插塞)。类似地，主筒壳210连同激发器和增强装料一起单独制造(充填混合物、通过焊接或胶粘安全泄放盘封闭)。
图7示出了本发明的又一可选实施例。
这种可选实施例与前一实施例类似，假如中心部件315的套筒314不是厚壁筒壳的加装部件，而它是厚壁套筒，其中，主元件310以与参看图5描述的实施例的类似的方式准确插入，套筒的端部锁扣在主端部的后表面上。辅助元件320如同前述示例是厚壁筒壳，所述厚壁筒壳加装到中心部件315上。
如同前述示例，主元件和辅助元件可单独制造。
以上已示例性地公开了本发明。应当理解，本领域的普通技术人员可在不脱离本专利的范围的情况下对本发明进行修改。

Claims (16)

1.一种用于安全系统的气体产生装置(1；101；201；301)，包括：可爆炸装料，所述装料至少由主烟火化合物、和辅助化合物形成，所述主烟火化合物处于第一腔室(10；110；210；310)中，且由设有增强装料的至少一个激发器(11；111；211；311)激发，所述辅助化合物处于第二腔室(20；120；220；320)中，所述辅助化合物的分解由主烟火化合物的燃烧产物引起，主烟火化合物的燃烧产物与辅助化合物的燃烧产物通过氧化还原反应的相互作用发生在稍微限制的体积空间中，所述第一腔室通过中心喷嘴(12；112；212；312)与所述第二腔室连通，且所述第二腔室在与所述第一腔室接近的第一区域(30；130；230；330)的位置处设有用于排放气体的排放孔眼(17；117；217；317)，且在所述第二腔室的第二区域(40；140；240；340)中容纳所述辅助化合物，其特征在于，形成气体通道的障碍物的障碍物形成部件(80；180)安装在所述第二腔室中、所述第一区域与第二区域之间，所述障碍物形成部件使得气体可传入中心部分(81；181)，且形成气体通向周边部分(84；184)的通道的障碍物，并对于要被稍微限制的气体相互作用体积空间来说具有足够的透过率。
2.如权利要求1所述的气体产生装置，其特征在于，所述障碍物形成部件具有40％至60％的透过率。
3.如权利要求2所述的气体产生装置，其特征在于，所述障碍物形成部件具有50％的透过率。
4.如权利要求1所述的气体产生装置，其特征在于，所述障碍物形成部件是格网(80)，所述格网(80)设有菱形网孔(82)和中心孔眼(81)。
5.如权利要求1所述的气体产生装置，其特征在于，所述障碍物形成部件是金属板(180)，所述金属板(180)设有圆形孔(182)，所述圆形孔(182)环绕着具有较大直径的圆形中心孔眼(181)定位。
6.如权利要求4或5所述的气体产生装置，其特征在于，所述障碍物形成部件(80；180)由不锈钢制成，且具有0.5mm至1.5mm之间的厚度。
7.如权利要求4或5所述的气体产生装置，其特征在于，所述障碍物形成部件(80；180)由铝制成，且具有1mm至3mm之间的厚度。
8.如权利要求4或5所述的气体产生装置，其特征在于，所述障碍物形成部件由环形肩部(174；274；374)保持，所述环形肩部(174；274；374)设置在所述第二腔室(120；220；320)的内周边上、第一区域(130；230；330)和第二区域(140；240；340)之间。
9.如权利要求1至5中任一所述的气体产生装置，其特征在于，第二腔室(20；120；220；320)中的操作压力在50巴至250巴之间。
10.如权利要求9所述的气体产生装置，其特征在于，第二腔室(20；120；220；320)中的操作压力在100巴至200巴之间。
11.如权利要求1至5中任一所述的气体产生装置，其特征在于，密封所述排放孔眼(17；117；217；317)的装置(100；175)提供这种孔眼的封闭，所述装置被设计成在第二腔室(20；120；220；320)中的压力达到给定压力水平时破坏。
12.如权利要求11所述的气体产生装置，其特征在于，所述密封排放孔眼的装置破坏时的所述给定压力水平在30至170巴之间。
13.如权利要求1至5中任一所述的气体产生装置，其特征在于，第二腔室(20；120；220；320)的容纳辅助化合物的所述第二区域(40；140；240；340)通过安全泄放盘(90)密封，所述安全泄放盘(90)设计成在所述喷嘴(12；112；212；312)传送的气体的压力下破坏。
14.如权利要求13所述的气体产生装置，其特征在于，所述安全泄放盘(90)包括星形初始破坏线(91)。
15.如权利要求1至5中任一所述的气体产生装置，其特征在于，所述喷嘴(12；112)具有杯-球形开口，所述杯-球形开口具有一个中心圆柱形部分(13)、和张开120°的两个张开部(14)。
16.如权利要求1至5中任一所述的气体产生装置，其特征在于，所述辅助化合物包括硝酸铵、和胍基还原添加剂。
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