DE19612152A1 - Device to open flask of pressurised gas, e.g. for motor vehicle airbag - Google Patents

Device to open flask of pressurised gas, e.g. for motor vehicle airbag

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Abstract

The device to open the airbag flask of gas under pressure that is closed with the membrane (2) uses the direct or indirect application of the energy from a current pulse provided by an induction coil of an eddy current accelerator to open the membrane. The coil is at the rim of the membrane and with a current pulse in its primary, an extremely high secondary current is induced in the membrane which partly melts it and partly accelerates it. There is a retaining ring in front of the coil which catches the force arising from the current pulse. The membrane is in the transition region between the neck of the flask to the body of the flask.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung von einem mit Gas gefüllten Druckbe­ hälter, der mit einer Membrane verschlossen ist.The invention relates to a device of a gas-filled Druckbe container that is sealed with a membrane.

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.In certain applications of gas-filled pressure vessels, e.g. B. for Airbags, is a quick and reliable opening of the membrane in rupture split milliseconds required. For these purposes, mechanical Valves too slow and unreliable. The pressure is known for it opening the container-closing membrane pyrotechnically. Here it is already airbags caused burns to the vehicle occupants and that evolving smoke gases damage the environment as well as the vehicle inmates themselves.

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.The invention has for its object a device of the beginning to create the kind that is both reliable and environmentally friendly extremely short opening times guaranteed.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is characterized by the features in claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims featured.

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.The main advantage of the invention lies in the simple structure with one known eddy current accelerators. This will open it the membrane applied high forces of up to 20,000 kp, which in a few mi act microseconds. In addition, the device according to the invention is absolute environmentally friendly, there are no emissions. There is a possibility that Power coil of the eddy current accelerator directly to the opening of the  Membrane to close the pressure vessel. The membrane works as a secondary coil. The high generated in the membrane by the power coil Secondary current accelerates the membrane in the pressure area with high force container and at the same time melts the material of the membrane (electro magnetic repulsion of two current-carrying "wires"). Furthermore can in the case of pressure cylinders with a cylindrical bottle neck, the power coil into the Structure of the bottle neck can be used. It acts as a secondary coil a hollow ring with a sharp edge, which by the current surge through the power coil is accelerated in microseconds and with high force pierces the membrane. There is also an option if the power coil cannot be brought close enough to the membrane, in addition to Hollow ring to install a shock ring, which then acts as a secondary coil takes effect and transfers the force to the hollow ring. With narrow bottles necks where the lead to the power coil is not in the bottle neck can be brought, the power coil is installed on the outside of the bottle neck liert, the coil arranged in the structure of the bottle neck as the first Secondary coil and the hollow ring or the shock ring as a second secondary coil Act. The power coil is powered by a capacitor discharge or a battery and powered a circuit breaker.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with the aid of that shown in the drawing Exemplary embodiments explained in more detail. Show it:

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.In Fig. 1, a pressure vessel 1 is shown, the opening 2 is closed by a membrane 3 . Within an edge 4 , which closes the opening 2 , a power coil 5 is placed against the membrane 3 . The power coil 5 is part of an eddy current accelerator 20 , the basic electrical circuit diagram of which is shown in FIG. 5. If the power coil 5 is supplied with energy via a current surge of approximately 2 kA, an extremely high secondary current of up to 120 kA is generated in the membrane 3 . Both currents show a sinusoidal course with damping, they are out of phase and thus opposed at every moment, whereby they repel each other and generate an axially acting force, which partly melts and partly accelerates the material of the membrane 3 in the direction of arrows 7 . As a result, the membrane 3 is cup-shaped, punched out and accelerated into the pressure vessel 1 , whereby the pressure vessel 1 is opened wide. This takes place within a few microseconds. A retaining ring 8 , which is firmly connected to the edge 4 , absorbs the counterforce generated, which occurs when the membrane 3 is accelerated into the pressure vessel 1 . The power coil 5 consists of some Win applications of enamel-insulated thin wire, although other types of insulation such as enamel or hoses are possible. There is also the possibility that the power coil 5 consists of only one turn. Copper is the cheapest material for the power coil 5 . The best force effect with about 20,000 kp is achieved if the membrane 3 is made of aluminum or copper, with steel the force effect is not so good.

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. Figs. 2 to 4 show a pressure bottle 10 which has a cylindrical bottle neck 11. Such a pressure bottle 10 supplies, for example, the compressed gas for an airbag bag. The opening of the bottle neck 11 is closed by a membrane 12 . In the bottle neck 11 there is a hollow ring 13 in FIG. 2 with a cutting edge 13 a directed against the outer edge of the membrane 12 . A power coil 14 is inserted into the structure of the bottle neck 11 with an overlap to the hollow ring 13 . In the event of a surge from the capacitor capacitor, the power coil 14 is supplied with energy, the hollow ring 13 acts as a secondary coil. Due to the high repulsive forces between the power coil 14 and the hollow needle 13 , the latter shoots with great force according to arrows 15 against the membrane 12 , cuts it, deforms it, drives it into the pressure bottle 10 and the pressure gas can flow out. This process takes only a few microseconds. If the power coil 14 cannot be brought close enough to the membrane 12 , a shock ring 16 is additionally installed according to FIG. 3, which then acts as a secondary coil, is accelerated and then presses the hollow ring 13 against the membrane 12 . In narrow bottle necks 11 , in which the supply line to the power coil 14 cannot be accommodated in the bottle neck 11 , the power coil 14 is accordingly FIG. 4 applied to the outside on the bottle neck 11 and a first secondary coil 17 is placed in the bottle neck. Here, a double power transmission takes place first from the power coil 14 to the first secondary coil 17 and then to the hollow ring 13 as a second secondary coil.

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. Fig. 5 shows the electrical schematic diagram showing an example of the control device 20 and the eddy current accelerator. It consists of a capacitor 21 , a circuit breaker 22 , which can be designed as an ignitron, thyristor, MOS-FET or as a spark gap. If it is closed, the capacitor 21 discharges into the power coil 5 or 14 and thus induces very high secondary currents in the “circuits” membrane 12 , hollow ring 13 or shock ring 16 . Instead of a capacitor discharge, z. B. a battery can be switched on quickly by a circuit breaker.

Claims (8)

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.1. Device for opening a gas-filled Druckbe container which is closed with a membrane, characterized in that the membrane ( 2 , 12 ) by the direct or indirect effect of the energy of a surge of an electromagnetic force coil ( 5 , 14 ) of a vortex current accelerator is opened. 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.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the power coil ( 5 ) on the edge of the membrane ( 3 ) is attached and that in the current bump through the power coil ( 5 ) in the membrane ( 3 ) an extremely high secondary current is generated , which partly melts and partly accelerates the material of the membrane ( 3 ). 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.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that a retaining ring ( 8 ) is placed in front of the power coil ( 5 ), which absorbs the counterforce occurring during the current surge. 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. 4. The device according to claim 1 with a pressure bottle as a pressure container, which has a cylindrical bottle neck, characterized in that the membrane ( 12 ) is used at the transition from the bottle neck ( 11 ) to the bottle body ( 10 ) that directly against the membrane ( 12 ) or at a short distance from it, a hollow ring ( 13 ) acting as a secondary coil for the power coil ( 14 ) with a cutting edge ( 13 a) directed against the outer edge of the membrane ( 12 ) is attached and that the power coil ( 14 ) into the structure of the Bottle neck ( 11 ) with overlap to the hollow ring ( 13 ) is inserted. 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.5. The device according to claim 4, characterized in that in the bottle neck ( 11 ) at a small distance from the hollow ring ( 13 ) a secondary coil acting as a shock ring ( 16 ) is inserted and that the power coil ( 14 ) in the structure of the bottle neck ( 11th ) is attached with an overlap to the shock ring ( 16 ). 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.6. Device according to claims 4 and 5, characterized in that the power coil ( 14 ) on the outer circumference of the bottle neck ( 11 ) is applied, the coil ( 17 ) used as the first secondary coil and in the structure of the bottle neck ( 11 ) the hollow ring ( 13 ) act as a second secondary coil. 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.7. The device according to several of claims 1 to 6, characterized in that the power coil ( 5 , 14 ) via a capacitor ( 21 ) and a circuit breaker ( 22 ) is supplied with energy. 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.8. The device according to several of claims 1 to 6, characterized in that the power coil ( 5 , 14 ) via a battery and a Lei circuit breaker ( 22 ) is supplied with energy.
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