CN103189241B - 固态推进剂块体、气体发生器、包括气体发生器的模块以及烟火技术驱动单元 - Google Patents

固态推进剂块体、气体发生器、包括气体发生器的模块以及烟火技术驱动单元 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种压制体形式的固态推进剂块体（10），其由粉末状的和/或颗粒状的固态推进剂制成，特别是用于车辆的人员保护系统的气体发生器和/或致动器，在其至少一个面上具有至少一个坑槽。这样的固态推进剂块体（10）设置在包括至少一个燃烧室的气体发生器（14）内。一种模块具有该气体发生器（14），其包括可以由所述气体发生器（14）充气的气囊。包括壳体（32）、在该壳体（32）内可移动的柱塞（34）的烟火技术驱动单元（30）具有这样的固态推进剂块体（10）。

Description

固态推进剂块体、气体发生器、 包括气体发生器的模块以及烟火技术驱动单元
技术领域
本发明涉及一种压制体形式的固态推进剂块体，其由粉末状的和/或颗粒状的固态推进剂制成，特别是用于车辆的人员保护系统的气体发生器和/或烟火技术驱动单元(也称为致动器)。另外，本发明还涉及一种包括至少一个燃烧室的气体发生器以及一种包括该气体发生器的模块。此外，本发明还涉及一种包括壳体、包括在该壳体内可移动的柱塞的烟火技术驱动单元。
背景技术
从现有技术已知的是，用于气体发生器的固态推进剂片由粉末状的或颗粒状的固态推进剂以圆柱体形状压制而成。但这样的固态推进剂片只能实现片剂的表面积与体积之间受限制的比例关系。为了能够使推进剂在气体发生器内快速地发火和爆燃，值得追求的是固态推进剂的尽可能大的表面积与体积之比。
另外，还已知的是，针对气体发生器使用具有不同粒度的颗粒材料形式的固态推进剂。但是对于这样的颗粒材料，不可能得出确定的表面积/体积比，因此在各气体发生器的功率特性中产生一定的偏差。这种颗粒材料的表面结构通常是不确定的，并且这种颗粒材料可能会有附加份量的颗粒碎片或者颗粒碎末，因而在气体发生器的功率特性中同样可能产生一定的偏差。
发明内容
本发明的目的是，提供一种固态推进剂块体，该固态推进剂块体具有一种确定的和提高的表面积/体积比，以及提供一种气体发生器，该气体发生器的综合特性曲线具有很短时的爆发(Onset)和/或一开始就有大量气体产生，同时功率特性偏差很小。另外，本发明的目的还在于，提供一种包括该气体发生器的模块。本发明的另一个目的是，提供一种包括壳体、在该壳体内可移动的柱塞以及包括点火组件的烟火技术驱动单元，该点火组件具有点火装置和多个这样的固态推进剂块体。
为此，本发明提出一种压制体形式的固态推进剂块体，其由粉末状的和/或颗粒状的固态推进剂制成，该固态推进剂块体用于车辆的人员保护系统的气体发生器和/或烟火技术驱动单元，其中，所述固态推进剂块体在其至少一个面上具有至少一个坑槽，其特征在于：所述坑槽在其中心区域内具有第一曲率半径并且在其边缘区域内具有第二曲率半径。
本发明还提出一种包括至少一个燃烧室的气体发生器，其特征在于：所述燃烧室在气体发生器未被激活的状态下填充有多个按照上述方式构造的固态推进剂块体。
本发明还提出一种包括如上所述的气体发生器的模块，其具有能够由所述气体发生器充气的气囊和用于安装该模块的固定装置，特别是在车辆的内部区域中。
另外，本发明还提出一种烟火技术驱动单元，其包括壳体、在该壳体内能够移动的柱塞、以及点火组件，所述点火组件包括点火装置和多个按照上述方式构造的固态推进剂块体。
本发明在固态推进剂块体方面的目的通过一种此类型的固态推进剂块体得以实现，其中，该固态推进剂块体在其至少一侧上具有至少一个坑槽。通过这种方式，表面积与体积之比得以提高，因此实现了快速发火和爆燃。由于预先给定了压制体的一种确定的表面积构造，所以便具有固态推进剂块体的一种确定的表面积/体积比，因此可以实现带有这种固态推进剂块体的气体发生器或者致动器的功率特性的微小偏差。
固态推进剂块体特别适合于具有显示很短时的爆发和/或一开始就有大量气体产生的综合特性曲线的气体发生器或者致动器所用的推进剂。
例如，坑槽是凹形的和/或具有一种圆的、优选为正圆形的横截面。根据一个实施方式，坑槽为反向拱顶形的。这一点特别是能够实现压制体的压模的简单构造。
通过下述方式能够实现有益的表面积/体积比：凹形坑槽具有这样的直径，该直径在固态推进剂块体的直径的50％与100％之间，优选在80％与98％之间，和/或凹形坑槽的最大深度在固态推进剂块体的高度的20％与90％之间，优选在30％与50％之间。
固态推进剂块体可以是药片状的和/或具有一种基本上呈圆柱体状的基本形状。
通过下述方式可以实现固态推进剂块体的高的机械稳定性：在一个或者两个端面中设置中心坑槽，特别是唯一的坑槽。也可以设置多个坑槽。
例如，在固态推进剂块体的相对置的面上、优选在所有的面上、特别是在端面上设置多个坑槽，和/或将多个坑槽(其直径优选小于固态推进剂块体的直径的10％)均匀地或者按一定样式分布地设置在固态推进剂块体的至少一个面上。
通过将坑槽设计成凹形拱曲的结构，在压制体成形时可以减少固态推进剂块体在压模中的粘着。
优选地，坑槽在其中心区域内具有第一曲率半径以及在其边缘区域内具有第二曲率半径，其中，这两个曲率半径具有优选不同的符号(Vorzeichen，正负号)。
具有如下可能性：所述至少一个坑槽使得固态推进剂块体的其上设有该坑槽的那个面的表面积与(理论上)无坑槽构造的面的表面积相比提高至少10％、特别是提高至少25％、进一步特别是提高至少35％，和/或所述至少一个坑槽构成坑槽设于其上的面的表面积的至少20％。在此，所说“(理论上)无坑槽构造的面”的表述意味着：除所述至少一个坑槽之外在固态推进剂块体的相应的面上不应再有其他的坑槽，但是完全可以设置这样的坑槽。
固态推进剂块体的凹形坑槽可以具有1.2mm至5.4mm、优选1.8mm至3.0mm的深度。另外，固态推进剂块体的凹形坑槽可以具有3.0mm至6.0mm、优选4.8mm至5.8mm的直径。
在本发明的另一个可以独立于前述实施方式，但是也可以与这些实施方式中的任何一个相组合的实施方式中，片剂或者片剂坯料在它其至少一个面上(优选底部或者顶面，但也包括周向侧面)具有至少一个凹形坑槽，例如压窝，特别是具有圆的横截面。通过这种方式片剂的表面积增大，从而进一步加速了爆燃响应特性。
本发明在气体发生器方面的目的通过本发明的气体发生器得以实现。该气体发生器包括至少一个燃烧室，该燃烧室在气体发生器未激活的状态下填充有多个上述的固态推进剂块体，并且其中优选所有的、或者基本上所有的固态推进剂块体都是基本上相同构造的。由此实现了具有这样一个综合特性曲线的气体发生器的设计形式，所述综合特性曲线具有很短时的爆发和/或一开始就有大量气体产生。由于固态推进剂块体有确定的表面积/体积比，所以气体发生器的功率特性偏差很小。
气体发生器还可以包括至少一个燃烧室，所述燃烧室在气体发生器未激活的状态下填充有多个上述固态推进剂块体，其中，在该燃烧室内分层设置至少两种不同形状模式的固态推进剂块体。通过这样的分层方式，例如可以在气体发生器的综合特性曲线中实现一种细分为更多级的爆发，从而在时间上可以进一步分级多样化地对爆发进行细分。
本发明在模块方面的目的通过本发明的模块得以实现，该模块包括这样的气体发生器、能够由所述气体发生器充气的气囊和用于安装该模块的固定装置，特别是在车辆的内部区域。
本发明在烟火技术驱动单元方面的目的通过本发明的烟火技术驱动单元得以实现，该驱动单元包括一个壳体、一个在所述壳体内可移动的柱塞和一个点火组件，该点火组件包括一个点火装置和多个按照上述方式构造的固态推进剂块体。
附图说明
下面将参照说明书下文和所涉及的附图对本发明的其他特征和优点进行阐述。附图中：
图1为本发明的第一实施方式的固态推进剂块体的透视图；
图2为图1所示出的固态推进剂块体的剖视图；
图3为本发明的第二实施方式的固态推进剂块体的剖视图；
图4为本发明的第三实施方式的固态推进剂块体的剖视图；
图5为本发明的第四实施方式的固态推进剂块体的剖视图；
图6为本发明的气体发生器和本发明的模块；
图7为本发明的烟火技术驱动单元。
具体实施方式
图1示出的是由粉末状的和/或颗粒状的固态推进剂制成的、形式上为压制体的固态推进剂块体10的第一实施方式的透视图。
固态推进剂块体10构造成基本上呈圆柱体状的片剂，其中，设置有唯一的坑槽12，该坑槽设置在上端面中心处。
图2示出的是固态推进剂块体10的剖视图。坑槽12的直径约为固态推进剂块体的直径的90％。坑槽12的中心区域内的坑槽12的最大深度约为固态推进剂块体10的高度的50％。
由于坑槽12的几何结构，固态推进剂块体10的表面积得以增加，而同时体积却相对没有相应的坑槽的固态推进剂块体得以减少。通过这种方式，提高了表面积/体积比，因此改变了固态推进剂块体的爆燃的时间变化并实现了固态推进剂的更快速的发火和爆燃。
在图3中示出固态推进剂块体10的第二实施方式。在这个实施方式中，在固态推进剂块体10的两个端面上分别设置一个坑槽12。坑槽12的构造与第一实施方式类似，但是坑槽12中心处的最大深度分别约为固态推进剂块体高度的35％。在这实施方式中，与第一实施方式相比表面积/体积比更高。
在图4中示出第三实施方式。在这个附图中设置有多个坑槽12，这些坑槽按规则的样式分布地设置在固态推进剂块体10的两个端面上。单个的坑槽12的直径小于固态推进剂块体10的直径的10％。例如坑槽类似高尔夫球的凹痕那样按六边形的样式设置。
图5示出的是在固态推进剂块体10的上端面上具有中心坑槽12的第四实施方式，其中坑槽12在其中心区域内具有第一曲率半径以及在其边缘区域内具有第二曲率半径，并且这两个曲率半径具有不同的符号。
第一、第二和第四实施方式分别被构造成旋转对称的。
但是，固态推进剂块体也可以是与在所述的实施例中示出的圆柱体状片剂的基本形状不同的其他形状。需要说明的是：“圆柱体状”的概念从本发明的意义上讲并不局限于圆柱体，而是可以定义为所有合适的、自身封闭的(环形的)、柱体基本表面的轮廓。特别是坑槽也可以设置在圆柱体周向侧面上以及优选在固态推进剂块体的所有面上，例如环绕的环形槽或者轴向坑槽，这些坑槽在它们之间构成筋条，这有利于压制体的脱模。
坑槽构造成拱曲的，其中，如果固态推进剂块体10从其压模中的推出方向相对坑槽12区域内的压模表面具有一个切线分量的话，则有助于固态推进剂块体从压模中推出。
所述固态推进剂块体10具有这样的几何结构：相对于无坑槽构造的固态推进剂块体的表面而言，(表面积)增加了至少10％、特别是至少25％以及优选至少35％。坑槽12构成它设于其上的面的表面积的20％以上。
在所示出的实施形式中，固态推进剂块体构造成形状稳定的，能够抵抗一定的负荷而不会破碎。
作为可选方案，可以将至少一个坑槽构造成额定断裂点，固态推进剂块体在该额定断裂点处优先断裂，通过这种方式可以形成一种基本上确定的断裂点，该断裂点在断裂之后再次增加表面积。特别是也可考虑在额定断裂点与片剂边缘之间的区域内各设置一个坑槽，也可以是在片剂的与额定断裂点对置的一面上。
图6示出的是一个作为模块的一部分的气体发生器14。气体发生器14包括一个燃烧室16，在该燃烧室中设置有一个点火装置18和多个固态推进剂块体。燃烧室16被气体发生器14的壳体20包围，在所述壳体中设置有多个排气口22。
在所示出的实施方式中，所有的固态推进剂块体10均构造为相同的，就是说具有相同的几何结构。
然而作为可选方案还可以考虑：在燃烧室16内设置由不同的固态推进剂块体10组成的一种确定的混合物，或者是基本上均匀的混合物或者是分层的形式，在该分层形式中，至少两种形状模式的固态推进剂块体10分层地设置在燃烧室16内，其中不同的固态推进剂块体10的这种分层可以彼此直接邻接或者也可以通过一个单独的部件，例如无纺布衬垫彼此隔开。
在气体发生器14通过点火装置18点燃时，由于固态推进剂块体10的表面积/体积比很高，而使固态推进剂迅速发火和爆燃，通过这种方式在点燃过程初期就能够产生大量的气体。这样能够使气体发生器很短时间爆发。
气体发生器14设置在一个车辆乘客约束系统的模块中，其包括一个可以由所述气体发生器14充气的气囊24和一个将模块安装在车辆内部区域中的固定装置26。
图7示出的是一个烟火技术驱动单元(30)，其包括一个壳体(32)、一个在壳体(32)内可移动的柱塞(34)和一个点火组件(36)，该点火组件包括一个点火装置(18)和多个上述固态推进剂块体(10)。在烟火技术驱动单元(30)被触发的情况下，例如可以与一个未被示出的控制器相连接的点火装置(18)被激活。通过这种方式，点火装置(18)内部中的未被示出的烟火装填料被点火，该烟火装填料产生热气和/或热微粒形式的压力，这样点火装置(18)便在端面便打开。通过从点火装置(18)中喷出的热气和/或热微粒，固态推进剂块体(10)被点燃，这些固态推进剂块体于是产生爆燃并且自身又同样产生压力。受到压力加载的柱塞(34)在壳体(32)内移动并至少部分地从壳体(32)内被推出。于是产生了柱塞(34)的一定行程，柱塞代表着不同用途的驱动传动。例如具有如下的可能性：这样的烟火技术驱动单元(30)设置在未被示出的安全带系统、翻车保护弓架和/或车辆的发动机罩架起装置(Motorhaubenaufsteller)内。
在图7中，上述固态推进剂块体(10)被一个套筒(38)包围，该套筒构成点火组件(36)的一个附加的部分并在固态推进剂块体(10)爆燃时起到储压容器的作用。也可以考虑放弃使用这样的套筒(38)；于是固态推进剂块体(10)松散地放置在柱塞(34)与点火装置(18)之间，就是说没有通过套筒(38)进行附加罩盖。
另外，在图7中示出上述固态推进剂块体(10)在空间上与点火装置(18)分离，但这并不是绝对需要的。例如也存在如下的可能性：将固态推进剂块体(10)直接整合到点火装置(18)中，就是说或以均匀混合状态或以分层的形式与点火装置(18)的未示出的烟火装填料一起被收纳在点火装置(18)的内部。另外，在此还可以考虑：上述固态推进剂块体(10)本身构成点火装置(18)的未示出的烟火装填料；换言之，在点火装置(18)的内部除了上述固态推进剂块体(10)之外没有任何其他的烟火技术组成部分。

Claims (29)

1.压制体形式的固态推进剂块体(10)，其由粉末状的和/或颗粒状的固态推进剂制成，该固态推进剂块体用于车辆的人员保护系统的气体发生器和/或烟火技术驱动单元，其中，所述固态推进剂块体(10)在其至少一个面上具有至少一个坑槽(12)，其特征在于：所述坑槽(12)在其中心区域内具有第一曲率半径并且在其边缘区域内具有第二曲率半径。
2.如权利要求1所述的固态推进剂块体，其特征在于：所述坑槽(12)是凹形的和/或具有圆的横截面。
3.如权利要求1所述的固态推进剂块体，其特征在于：所述坑槽(12)为反向拱顶形的。
4.如权利要求1所述的固态推进剂块体，其特征在于：凹形坑槽(12)所具有的直径在该固态推进剂块体(10)的直径的50％与100％之间，和/或凹形坑槽(12)的最大深度在该固态推进剂块体(10)的高度的20％与90％之间。
5.如权利要求4所述的固态推进剂块体，其特征在于：凹形坑槽(12)所具有的直径在该固态推进剂块体(10)的直径的80％与98％之间。
6.如权利要求4所述的固态推进剂块体，其特征在于：凹形坑槽(12)的最大深度在该固态推进剂块体(10)的高度的30％与50％之间。
7.如权利要求1至6之任一项所述的固态推进剂块体，其特征在于：所述固态推进剂块体(10)为药片状和/或具有呈圆柱体状的基本形状。
8.如权利要求7所述的固态推进剂块体，其特征在于：在一个或者两个端面上设置有中心坑槽(12)。
9.如权利要求8所述的固态推进剂块体，其特征在于：在一个或者两个端面上设置有唯一的中心坑槽(12)。
10.如权利要求7所述的固态推进剂块体，其特征在于：在一个或者两个端面上设置有多个坑槽(12)。
11.如权利要求1至6之任一项所述的固态推进剂块体，其特征在于：在所述固态推进剂块体(10)的相对置的面上设置多个坑槽(12)。
12.如权利要求11所述的固态推进剂块体，其特征在于：多个坑槽(12)均匀地或者按预先确定的样式分布地设置在所述固态推进剂块体(10)的至少一个面上。
13.如权利要求12所述的固态推进剂块体，其特征在于：各坑槽(12)的直径小于所述固态推进剂块体(10)的直径的10％。
14.如权利要求1至6之任一项所述的固态推进剂块体，其特征在于：多个坑槽(12)均匀地或者按预先确定的样式分布地设置在所述固态推进剂块体(10)的至少一个面上。
15.如权利要求14所述的固态推进剂块体，其特征在于：各坑槽(12)的直径小于所述固态推进剂块体(10)的直径的10％。
16.如权利要求1至6之任一项所述的固态推进剂块体，其特征在于：所述第一曲率半径和第二曲率半径具有不同的符号。
17.如权利要求1至6之任一项所述的固态推进剂块体，其特征在于：所述至少一个坑槽(12)使得所述固态推进剂块体(10)的其上设有该坑槽的那个面的表面积与理论上无坑槽构造的面的表面积相比提高至少10％，和/或所述至少一个坑槽(12)构成该坑槽设于其上的面的表面积的至少20％。
18.如权利要求17所述的固态推进剂块体，其特征在于：所述至少一个坑槽(12)使得所述固态推进剂块体(10)的其上设有该坑槽的那个面的表面积与理论上无坑槽构造的面的表面积相比提高至少25％。
19.如权利要求18所述的固态推进剂块体，其特征在于：所述至少一个坑槽(12)使得所述固态推进剂块体(10)的其上设有该坑槽的那个面的表面积与理论上无坑槽构造的面的表面积相比提高至少35％。
20.如权利要求1至6之任一项所述的固态推进剂块体，其特征在于：凹形坑槽(12)所具有的深度为1.2mm至5.4mm。
21.如权利要求20所述的固态推进剂块体，其特征在于：凹形坑槽(12)所具有的深度为1.8mm至3.0mm。
22.如权利要求1至6之任一项所述的固态推进剂块体，其特征在于：凹形坑槽(12)所具有的直径为3.0mm至6.0mm。
23.如权利要求22所述的固态推进剂块体，其特征在于：凹形坑槽(12)所具有的直径为4.8mm至5.8mm。
24.包括至少一个燃烧室(16)的气体发生器(14)，其特征在于：所述燃烧室(16)在气体发生器(14)未被激活的状态下填充有多个按照权利要求1至23之任一项构造的固态推进剂块体(10)。
25.如权利要求24所述的气体发生器(14)，其特征在于：所有的固态推进剂块体(10)都是相同构造的。
26.如权利要求24所述的气体发生器(14)，其特征在于：在所述燃烧室(16)内分层设置至少两种不同形状模式的固态推进剂块体(10)。
27.包括如权利要求24至26之任一项所述的气体发生器(14)的模块，其具有能够由所述气体发生器(14)充气的气囊和用于安装该模块的固定装置(26)。
28.包括如权利要求24至26之任一项所述的气体发生器(14)的模块，其具有能够由所述气体发生器(14)充气的气囊和用于在车辆的内部区域中安装该模块的固定装置(26)。
29.烟火技术驱动单元(30)，其包括壳体(32)、在该壳体(32)内能够移动的柱塞(34)、以及点火组件(36)，所述点火组件包括点火装置(18)和多个按照权利要求1至23之任一项构造的固态推进剂块体(10)。
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