DE19720347A1

DE19720347A1 - Öffnungsvorrichtung für Gasgeneratoren

Info

Publication number: DE19720347A1
Application number: DE1997120347
Authority: DE
Inventors: Hans Spies
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2017-05-16
Also published as: DE19720347C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Öffnungsvorrichtung für Gasgeneratoren ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es sind verschiedene Öffnungsvorrichtungen für Gasgeneratoren be kannt. In der US 5 022 674 erfolgt das Öffnen der Dichtscheibe für einen Hochdruckbehälter - der Treibstoffkammer - mit einer Schockwelle, die einen hohen Druck erzeugt, wobei heiße Treibgase diese Dichtscheibe thermisch wegschmelzen. Hier wird ein gaserzeugender Sprengstoff in der Nähe der Dichtscheibe angebracht. In der EP 0 601 489 A1 wird die Treibstoffkammer eines Flüssiggasgenerators mechanisch durch ein Durchschlagselement geöffnet. Hier wird eine Treibladung dazu verwen det das Durchschlagselement zu beschleunigen. Die US 5 230 532 offen bart einen Öffnungsmechanismus bei dem durch eine Heizvorrichtung im Innern der Treibstoffkammer der Innendruck durch die Erwärmung solan ge erhöht wird bis der Verschluß zerstört wird. Bei dieser Ausführung er folgt eine Öffnung des Verschlusses ohne pyrotechnische Mittel. Andere Öffnungsvorrichtungen bestehen darin, daß Sprengstoff auf dem Ver schluß, insbesondere der Berstmembran, der Treibstoffkammer ange bracht wird und dieser durch die Zündung des Sprengstoffes zerstört wird.

Nachteilig bei den bisherigen pyrotechnischen Öffnungsvorrichtungen ist jedoch, daß sowohl ein Verschluß als auch eine Sprengladung im Hybrid- Gasgenerator angebracht werden muß und, daß bei der Verbrennung der Anzündsprengladung immer ein Gas entsteht, das in der Regel gesund heitsgefährdend ist. Bei den elektrischen und/oder magnetischen Öff nungsvorrichtungen ist die Einkopplung der Energie in den Verschluß oder in den Treibstoffbehälter sehr aufwendig und die Öffnungszeiten sind relativ lang.

Weiterhin sind in der US 3 135 205 Koruskativstoffe für ballistische Zwecke offenbart. Bei Koruskativstoffen handelt es sich um intermetallische Legierungen die gaslos und ohne Volumenänderung Energie freisetzen. Derartige Wärmedonatoren bestehen aus einer intermetallisch exotherm reagierenden Stoffkombination, wie beispielsweise MgTe, MgS, TiSbPb usw. und sind im Stande nach Erreichen der Reaktionstemperatur unter Legierungsbildung relativ große Energiemengen, insbesondere pro Volu meneinheit freizusetzen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Öffnungsvorrichtung aufzuzeigen die einen Verschluß einfach, schnell und ohne die Entste hung schädlicher Gase, aufmacht bzw. zerstört.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst. Hierbei besteht die Öffnungsvorrichtung am Verschluß der Treibstoffkammer ganz oder teilweise aus einem Ke ruskativstoff, welcher aus einer intermetallisch exotherm reagierenden Stoffkombination zusammengesetzt ist und die Mittel aufweist, diese exotherme Reaktion zu initiieren, wobei die bei dieser exothermen Reakti on freiwerdenden Energie zum Öffnen eines Verschlusses der Treib stoffkammer dient.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß beim Öffnen kein Gas entsteht, welches eine Druckwelle erzeugt, die einen Fahrzeu ginsassen erschrecken kann und deren Gas in den meisten Fällen giftig oder zumindest gesundheitsschädlich ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den ab hängigen Ansprüchen. Hierbei besteht der Verschluß aus einem Koruska tivstoff, der sich nach seiner Initiierung während der exothermen Reaktion selbst zerstört. Dabei können die Mittel zur Initiierung der exothermen Re aktion elektrische oder optische Energie erzeugen. Weiterhin kann auch die Energie, die während der exothermen Reaktion entsteht, zur Erwär mung des in der Treibstoffkammer befindlichen Treibstoffes verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der Tabelle und den Figuren dargestellt werden.

Es zeigen:

Fig. 1 Tabelle mit den bekanntesten Koruskativstoffen.

Fig. 2 Öffnungsvorrichtung mit einem Verschluß, der aus einem Koruskativstoff besteht, und einer Heizvorrichtung zur Initiie rung.

Fig. 3 Öffnungsvorrichtung mit einem Verschluß, der aus einem Koruskativstoff besteht, und einer Elektrodenanordnung zur Initiierung.

Fig. 4 Öffnungsvorrichtung mit einem Verschluß, der aus einem Koruskativstoff besteht und einem Laser zur Initiierung.

Fig. 1 zeigt eine Tabelle mit den bekanntesten Koruskativstoffen. Diese Tabelle stammt aus: "Int. Jahrestag.-Frauenhofer-Inst. Treib-Explosivst. (1985), 16th (Pyrotech.: Basic Princ., Technol., Appl.), S. 40-12". Die an gegebenen Koruskativstoffe können zu festen druckbeständigen Platten verarbeitet werden. Die Entzündungstemperatur derartiger Stoffe also die zur Auslösung der exothermen Reaktion benötigten Initiierungsenergie ist im Vergleich zur Reaktionstemperatur, die bei der eigentlichen exother men Reaktion entsteht, gering. In den Ausführungsbeispielen ist der ver wendete Koruskativstoff Al₂Te₃. Seine Entzündungstemperatur beträgt 532°C. Die;Reaktionstemperatur ist 1160°C. Die in Versuchen gemessene Bildungsenthalpie beläuft sich 1,338 kJ/g. Zur Beeinflussung der Initiie rungsgeschwindigkeit kann weiterhin der Koruskativpreßling mit Wärmei solatoren oder Wärmeleitern durchsetzt sein (Int. Jahrestag.-Frauenhofer- Inst. Treib-Explosivst. (1985), 16th (Pyrotech.: Basic Princ., Technol., Appl.), S.: 40-4 und 40-14), so daß die Entzündungstemperatur nur an einer kleinen Stelle die Initiierung der exothermen Reaktion bewirkt und nicht über eine große Fläche eingebracht werden muß. Bei der exother men Reaktion zersetzt sich der Koruskativstoff Al₂Te₃ gaslos und ohne Volumenänderung.

Fig. 2 zeigt einen Hybrid- bzw. Flüssiggasgenerator, dessen Verschluß 3 aus einem Koruskativstoff wie z. B.: Al₂Te₃ besteht. Die zur Initiierung benötigte Entzündungstemperatur wird durch eine elektrische Erwär mungsvorrichtung 6 erreicht. In einer Treibstoffkammer 1, welche im An wendungsbeispiel als Gasflasche ausgebildet ist, befindet sich der Treib stoff 2 zum Aufblasen eines Luftsackes. Dieses Treibmittel 2 kann in der Gasflasche 1 als Gas oder Flüssigkeit vorliegen. Die Gasflasche 1 ist durch einen Verschluß 3 abgedichtet. Der Verschluß 3 besteht ganz oder teilweise aus einem Koruskativstoff. Die Wandung 7 mit den Durchlaßöff nungen 4 bildet zusammen mit der Wandung 8 und dem Verschluß 3 die Anzündkammer 9. In der Anzündkammer befindet sich auch die Erwär mungseinrichtung 6 deren Anschlüsse zur Energiezuführung durch die Anzündkammerwand 8 nach außen geführt werden. An der Erwärmungs einrichtung befindet sich eine Heizvorrichtung 10 mit der innerhalb kürze ster Zeit hohe Temperaturen erzeugt werden können. Hierbei kann es sich um eine Glühdraht oder eine Art Lötspitze handeln. Im Falle einer Auslösung des Gasgenerators wird die Erwärmungseinrichtung durch die Zuleitungen mit Energie versorgt. Dadurch erhöht sich die Temperatur an der Heizvorrichtung, solange bis die Entzündungstemperatur des Kerus kativstoffes erreicht ist. Beim Erreichen der Entzündungstemperatur setzt am Verschluß die exotherme Reaktion des Keruskativstoffes ein und der Verschluß 3 löst sich unter der Bildung von Wärme auf. Dabei entweicht der Treibstoff aus der Gasflasche und das ausströmende Gas erwärmt sich. Durch die Durchlaßöffnungen in der Anzündkammer entweicht das Gas in die Sicherheitsvorrichtung z. B. einen Luftsack, wo es einen Auf prall abdämpfen kann. Für die Initiierung des Zerfalls des Verschlusses, der zumindest teilweise aus einem Kornskativstoff besteht, durch die Heizvorrichtung ist es nur nötig eine kleine Stelle auf die Entzün dungstemperatur zu erhitzen.

Fig. 3 zeigt einen Hybrid- bzw. Flüssiggasgenerator, dessen Verschluß 3 aus einem Koruskativstoff wie z. B.: Al₂Te₃ besteht. Die zur Initiierung benötigte Entzündungstemperatur wird durch eine Funken 12 erzeugende Vorrichtung 10, 11 in der Anzündkammer 9 erreicht. In der Treibstoffkam mer 1, welche im Anwendungsbeispiel als Gasflasche ausgebildet ist, be findet sich der Treibstoff 2 zum Aufblasen eines Luftsackes. Dieses Treibmittel 2 kann in der Gasflasche 1 als Gas oder Flüssigkeit vorliegen. Die Gasflasche 1 ist durch einen Verschluß 3 abgedichtet. Der Verschluß 3 besteht ganz oder teilweise aus einem Koruskativstoff. Die Wandung 7 mit den Durchlaßöffnungen 4 bildet zusammen mit der Wandung 8 und dem Verschluß 3 die Anzündkammer 9. In der Anzündkammer befindet sich weiter die Funken 12 erzeugende Vorrichtung 10, 11 deren An schlüsse zur Energiezuführung durch die Anzündkammerwand 8 nach außen geführt werden. Die Funken erzeugende Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Anode 10 und einer Kathode 11 mit der innerhalb kürzester Zelt heiße Funken erzeugt werden können. Im Falle einer Aus lösung des Gasgenerators werden Anode 10 und Kathode 11 auf ein ho hes Potential gelegt, so daß energiereiche Funken 12 entstehen oder sich ein starkes, energiereiches elektrisches Feld aufbaut. Dadurch erhöht sich die Temperatur des Keruskativstoffes bis die Entzündungstemperatur er reicht ist. Beim Erreichen der Entzündungstemperatur setzt am Verschluß die exotherme Reaktion des Keruskativstoffes ein und der Verschluß 3 löst sich unter der Bildung von Wärme auf. Dabei entweicht der Treibstoff aus der Gasflasche und das ausströmende Gas erwärmt sich. Durch die Durchlaßöffnungen in der Anzündkammer entweicht das Gas in die Si cherheitsvorrichtung z. B. einen Luftsack, wo es einen Aufprall abdämpfen kann. Die energiereichen Funken müssen für die Initiierung des Zerfalls des Verschlusses, nur auf einen kleinen Teil des Verschlusses einwirken der zumindest teilweise aus einem Koruskativstoff besteht.

Fig. 4 zeigt einen Hybrid- bzw. Flüssiggasgenerator, dessen Verschluß 3 aus einem Koruskativstoff wie z. B.: Al₂Te₃ besteht. Die zur Initiierung benötigte Entzündungstemperatur wird durch eine Laser 13 erreicht. In einer Treibstoffkammer 1, welche im Anwendungsbeispiel als Gasflasche ausgebildet ist, befindet sich der Treibstoff 2 zum Aufblasen eines Luft sackes. Dieses Treibmittel 2 kann in der Gasflasche 1 als Gas oder Flüs sigkeit vorliegen. Die Gasflasche 1 ist durch einen Verschluß 3 abgedich tet. Der Verschluß 3 besteht ganz oder teilweise aus einem Koruskativ stoff. Die Wandung 7 mit den Durchlaßöffnungen 4 bildet zusammen mit der Wandung 8 und dem Verschluß 3 die Anzündkammer 9. In der An zündkammer befindet sich weiter der Laser 6 dessen Anschlüsse 5 zur Energiezuführung durch die Anzündkammerwand 8 nach außen geführt werden. Der Laser erzeugt eine energiereichen Strahl 14 mit der innerhalb kürzester Zeit hohe Temperaturen am Verschluß 3 erzeugt werden kön nen. Im Falle einer Auslösung des Gasgenerators wird der Laser 13 durch die Zuleitungen 5 mit Energie versorgt. Der Laserstrahl 14 wirkt dann so lange auf den Verschluß 3 ein, der aus einem Keruskativstoff besteht, bis die Entzündungstemperatur des Keruskativstoffes erreicht ist. Beim Errei chen der Entzündungstemperatur setzt am Verschluß die exotherme Re aktion des Keruskativstoffes ein und der Verschluß 3 löst sich unter der Bildung von Wärme auf. Dabei entweicht der Treibstoff aus der Gasfla sche und das ausströmende Gas erwärmt sich. Durch die Durchlaßöff nungen in der Anzündkammer entweicht das Gas in die Sicherheitsvor richtung z. B. einen Luftsack, wo es einen Aufprall abdämpfen kann. Für die Initiierung des Zerfalls des Verschlusses, der zumindest teilweise aus einem Koruskativstoff besteht, durch den Laser ist es nur nötig eine kleine Stelle zu bestrahlen.

Auch kann die Initiierungsenergie, durch magnetische bzw. elektroma gnetische Strahlung oder andere Energieübertragungsmechanismen auf den Keruskativstoff übertragen werden.

Bei den oben beschrieben Öffnungsmechanismen entstehen bei der Zer störung des Verschlusses keine zusätzlichen Gase, das heißt die Sicher heitsvorrichtung wird nur mit dem Gas 2 in der Treibstoffkammer 1 ver sorgt. Zusätzliche schädliche oder gesundheitsgefährdende Stoffe fallen nicht an. Die festen, umherfliegenden Bestandteile des Keruskativstoffes können an den Durchlaßöffnungen 4 aufgefangen werden.

Claims

1. Öffnungsvorrichtung zum Öffnen einer Treibstoffkammer (1) eines Gas generators, insbesondere eines Hybrid- oder Flüssiggasgenerators für ein Kraftfahrzeug-Sicherheitssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibstoffkammer einen Verschluß (3) aufweist, der ganz oder teil weise aus einem Koruskativstoff besteht, welcher aus einer intermetal lisch exotherm reagierenden Stoffkombination zusammengesetzt ist, und die Mittel (6, 10, 11, 13) aufweist, diese exotherme Reaktion zu in itiieren, wobei die Energie, die bei dieser exothermen Reaktion frei wird, zum Öffnen eines Verschlusses (3) der Treibstoffkammer (1) dient.

2. Öffnungsvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Öffnungsvorrichtung eine Berstmembran (3) aufweist, wel che die Treibstoffkammer (1) verschließt und die sich nach der Initiie rung, während der exothermen Reaktion selbst zerstört.

3. Öffnungsvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Mittel (6, 10, 11, 13) zur Initiierung der exothermen Reak tion elektrische, magnetische oder optische Energie erzeugen.

4. Öffnungsvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die bei der exothermen Reaktion des Koruskativstoffes frei werdende Energie, zur Erwärmung eines in der Treibstoffkammer (1) befindlichen Treibstoffes (2) verwendet wird.