DE2160738C3

DE2160738C3 - Vorrichtung zum raschen Ausstoßen einer Flüssigkeit aus einem Reservoir durch Abbrennen einer Treibladung und gegebenenfalls Mischen von Flüssigkeit und Verbrennungsgas

Info

Publication number: DE2160738C3
Application number: DE2160738A
Authority: DE
Inventors: Bernard Doin; Bernard Plantif
Original assignee: NATIONALE DES POUDRES ET EXPLOSIFS PARIS Ste
Current assignee: NATIONALE DES POUDRES ET EXPLOSIFS PARIS Ste
Priority date: 1970-12-11
Filing date: 1971-12-07
Publication date: 1974-09-05
Also published as: US3813007A; CS163788B2; ES397877A1; SE378886B; GB1368504A; NL7116989A; BE775997A; IT951710B; LU64393A1; DE2160738B2; DE2160738A1; AU3629471A; CA945123A; AU462638B2; CH559317A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum raschen Ausstoßen einer Flüssigkeit aus einem Reservoir durch Abbrennen einer Treibladung und gegebenenfalls Mischen von Flüssigkeit und Verbrennungsgas mit einer mit einem festen Treibmittel und Zündvorrichtung versehenen Verbrennungskammer und einem Reservoir für die Flüssigkeit.

Es ergibt sich oft die Notwendigkeit, eine Flüssigkeit rasch unter erhöhtem Druck aus einem Behältnis auszutreiben. Ein allgemein dafür angewandtes Verfahren besteht darin, die Flüssigkeit in eine druckfestc Kammer einzuschließen und diese im Zeitpunkt der Verwendung mit einem Druckgas-Reservoir in Verbindung zu bringen, um die Flüssigkeit auszutreiben.

Diese Anwendung eines Vorratsbehälters mit auf einen hohen Druck kombiniertem Gas ist jeweils dann besonders störend, wenn Raumbedarf und Gewicht eine bedeutende Rolle spielen. Im übrigen wird für die Freigabe des unter Druck stehenden Gases ein mechanisches oder pyrotechnisches Ventil benötigt, was stets teuer ist. Von den möglichen Anwendungen eines solchen Verfahrens sind insbesondere zu ncn-Das Aufblasen von nachgiebigen Hüllen, insbesondere von Sicherheitskisseti für Kraftfahrzeuge durch abgekühlte Gase;

- das Austreiben der Energielieferanten (des Ergols) aus den Vorratsbehältern von Flüssigkeitsraketen; oder

- der Betrieb von Löschpatronen bzw. Feuerlöschern.

Für das Aufblasen von Sicherheitskissen für Kraft-ίο fahrzeuge ist ein anderes Verfahren bekannt, bei dem die Gase für die Aufprägung von Druck auf die auszutreibende Flüssigkeit von der Verbrennung eines Schießpulverblocks bzw. einer Pulvermasse herstammen, der bzw. die in einem zweiten druckfesten Geis häuse innerhalb des Flüssigkeitsreservoirs untergebracht ist. Während der Verbrennung des Pulverblocks wird ein Ttil der Verbrennungsgase in das Flüssigkeitsreservoir selbst geschickt, um dort über der Flüssigkeit einen Überdruck zu erzeugen, durch ao den die Flüssigkeit aus dem Reservoir in den Auslaßstutzen durch eine Öffnung ausgetrieben wird, die sich im unteren Teil des Reservoirs befinden soll. Diese Art der Durchführung erfordert jedoch das Vorhandensein von zwei druckfesten Gehäusen, von denen ϊ5 das eine die auszutreibende Flüssigkeit enthält und das andere als Verbrennungskammer für das Treibmittel dient, so daß die Vorrichtung insgesamt zugleich sperrig und teuer ist. Darüber hinaus funktioniert die nach diesem Verfahren konzipierte Vorrich-Hing nur in einer einzigen genau definierten Position. Ziel der Erfindung ist daher die Beseitigung der vorstehend genannten Mangel.

Das dabei angewandte Prinzip besteht in der Unterbringung von treibmittelhaltiger Verbrennungskammer und Flüssigkeitsreservoir in einem gemeinsamen Druckbehälter, wo der durch die Verbrennung des Treibmittels entwickelte Gasdruck über eine zumindest teilweise deformierbare oder verschiebbare bzw. bewegliche Trennwand zwischen Verbrennungskammer und Flüssigkeitsreservoir auf die Flüssigkeit übertragen wird, die über kalibrierte Öffnungen ausgetrieben wird. Für die Verbrennungsgase können ebenfalls kalibrierte Öffnungen, die - im Falle, daß nur der Flüssigkeitsausstoß von Interesse ist - von den Auslaßöffnungen des Flüssigkeitsreservoirs völlig getrennt sind. Insbesondere aber wird bei Anwendung des Prinzips auf einen Gasgenerator durch Anordnung einer Misch- oder Kühlkammer, in weiche sowohl die Auslaßöffnungen des Flüssigkeitsreservoirs als auch die Auslaßöffnungen für die Verbrennungsgase einmünden, eine Durchmischung von austretender Flüssigkeit und Verbrennungsgas angestrebt, das dadurch auf mäßige Temperaturen abgekühlt und vorzugsweise über einen Diffusor zum Verbrauch abgegeben ^wird.

Demgemäß ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum raschen Ausstoßen einer Flüssigkeit aus einem Reservoir durch Abbrennen einer Treibladung und gegebenenfalls Mischen von Flüssigkeit und Verbren-

nungsgas, gekennzeichnet durch eine zumindest teil weise deformierbare oder bewegliche Trennwanc zwischen der Verbrennungskammer und dem Reser voir, die unter dem Druck der Verbrennungsgase eint Volumenverminderung des Reservoirs hervorruft

und durch abgeglichene bzw. kalibrierte öffnungen die aus dem Flüssigkeitsreservoir nach außen bzw. ir einen Auslaßstutzen münden, der gegebenenfalls mi weiteren, in die Verbrennungskammer oder nacl·

außen führenden kalibrierten Öffnungen verschen ist.

Die Erfindung betrifft insbesondere die Anwendung dieser Vorrichtung als Gasgenerator, mit dem innerhalb sehr kurzer Zeiten eine Freisetzung bedeutender Gasmengen von der Verbrennung eines Treibmittels und die Abkühlung der Verbrennungsgase auf eine gemäßigte Temperatur durch Verdampfung einer Flüssigkeit erreicht werden kann und dessen Verwendung für das rasche Aufblasen von aufblasbaren Gegenständen, speziell Sicherheitskissen für Kraftfahrzeuge.

Insbesondere für diese Anwendung umfaßt die Vorrichtung ganz allgemein einen Hohlkörper aus druckfcstem Material, der innen in zwei Kammern unterteilt ist, von denen die eine das Flüssigkeitsreservoir mit einer verdampfbaren Flüssigkeil und die andere die dieses umgebende oder überragende bzw. überlagernde Verbrennungskammer mit festem Treibmittel (Propergol) und Zündvorrichtung bildet; Reservoir und Verbrennungskammer stehen getrennt über unterschiedliche kalibrierte Öffnungen mit dem als Kühlkammer wirkenden Auslaßstutzen in Verbindung.

Vorzugsweise sind der druckfeste Hohlkörper und das Flüssigkeitsreservoir genau bzw. empfindlich zylindrisch und letzteres innerhalb des Hohlkörpers und in dessen Achse bzw. koaxial zu diesem angeordnet unter Bildung einer ringförmigen Verbrennungskammer zwischen beiden.

Das zylindrische Reservoir kann dabei aus steifem Material bestehen und einen Außendurchmesser haben, der geringer ist als der Innendurchmesser des Hohlkörpers; das mit dem zustromseitigen Teil der Verbrennungskammer in Verbindung gehaltene zuströmseitige Ende des Reservoirs wird dann durch einen verschiebbaren Kolben verschlossen, der im Reservoir von der Zuströmseitc zur Abströmseite desselben bewegt werden kann, wahrend abströmseitig Verbrennungskammer und Reservoir getrennt über unterschiedliche kalibrierte Öffnungen mit der Kühlkammer verbunden sind.

Gemäß einem zusätzlichen Merkmal dieser Ausführungsform bildet die Kühlkammer eine Verlängerung des Reservoirs für verdampf bare Flüssigkeit, von dem sie durch eine transversale Trennwand mit kalibrierten öffnungen oder Injektionsdüsen getrennt wird, die gegebenenfalls konvergieren und/oder mit einem Strahlbrecher oder Strahlverteiler versehen sind; die Kühlkammer wird außerdem zumindest teilweise von der Verbrennungskammer umgeben, mit der sie über radiale Düsen in der Wand der Kühlkammer in Verbindung gehalten wird.

Gemäß einer Variante dieser Ausführungsart besitzt der Generator einen genau zylindrischen einstükkigcn Hohlkörper, der an seinem abströmscitigen Ende durch eine Stirnwand mit Verteiler- oder Austrittsschlitzcn verschlossen wird und an seinem zuströmscitigen Ende einen auf- oder angesetzten Boden besitzt; innerhalb dieses Körpers und in dessen Achse bzw. koaxial zu diesem ist ein Reservoir mit verdampfbarer Flüssigkeit montiert, das zum einen mit dem Hohlkörper eine ringförmige Verbrennungskammer mit dem festen Treibmittel und seiner Zündvorrichtung und zum anderen mit der Verteilerstirnwand eine Kühlkammer begrenzt; das abströmseitigc Ende dieses Reservoirs steht mit der Kühlkammer über seitlich stehende kalibrierte Öffnungen in Verbindung, während das abströmsciligc Ende der Verbrennungskammer mit der Kühlkammer über längs stehende ka'ibricrte Öffnungen in einer ringförmigen Abschlußplatte verbunden ist, die gegenüber dem abströmseitigcn Ende des Reservoirs etwas zurückspringend bzw. zurückversetzt angeordnet ist.

Insbesondere wird das Reservoir für verdampfbare Flüssigkeit durch einen zylindrischen Stutzen gebildet, dessen Außendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des Hohlkörpers; der Stutzen wird zum

ίο einen an seinem zuströmiicitigen Ende durch einen Kolben verschlossen und zum anderen an seinem absirömscitigcn Ende durch eine Stirnwand bzw. einen Boden, die bzw. der einen gewissen Abstand von der Diffusor- oder Verteilersilirnwand des Hohlkörpers

hält; der dadurch entstehende Zwischenraum bildet die Kühlkammer, die zum einen mit dem Reservoir über seitlich stehende kalibrierte öffnungen in dem über die Ringplattc hinausragenden Teil des Stutze.is und zum anderen mit der Verbrennungskammer über

ao längs stehende kalibrierte öffnungen in der Ringplattc verbunden ist; die Verbindung zwischen der Verbrennungskammer und dem Kolben wird durch zumindest eine innseitigc Aushöhlung im angesetzten Boden des Hohlkörpers sichergestellt, die bcidscits

»5 des Stutzens vorgesehen ist und vorübergehend von der Zündladung eingenommen wird.

Gemäß einer anderen Variante besteht das Reservoir für verdampfbare Flüssigkeit aus einem nachgiebigen, deformierbaren Material und wird insbesondere durch einen einseitig offenen Beutel oder Behälter gebildet, der auf den Umfang der Trennwand zur Kühlkammer hin aufgezogen und/oder aufgeklebt ist. Bei dieser Ausfiihrungsform deformiert sich das Reservoir für verdarnpfbare Flüssigkeit unter der Wirkung des Druckes, der von der Verbrennung des Treibmittels herstammenden Gase unter Ausstoß der enthaltenen Flüssigkeit in die Kühlkammer hinein, wo seine Mischung mit den Verbrennungsgasen und Verdampfung unter augenblicklicher Abkühlung der

*o Gase stattfindet.

Als festes Treibmittel kann ein zweibasisches Schießpulver in Form hohler Halme verwendet werden, die auf einem Ringfuß montiert sind oder ein Pulver in Form von > Wellpappe« oder ein lamcllenförmiges Pulver oder auch jede andere Ladung mit geringer Verbrennungsdauer, deren »spezifischer Durchsalz« (debit) unter 1500 bis 2000 g/s/cm² liegt und dessen Eigenschaften wenig von der ursprünglichen Zündtemperalur abhängen.

Darüber hinaus kann man mit Vorteil eine Zündvorrichtung mit einem ringförmigen Zylinder anwenden.

Als verdampfbare Flüssigkeit können Wasser, Mischungen, die Wasser und einen niederen Alkanol oder ein Diol enthalten, wie Wasser-Methanol-Mischungen oder Wasser-Glykol-Mischungen oder eine wäßrige Calciumchloridlösung verwendet werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die in das Reservoir eingebrachte verdampfbare Flüssigkcit in einer leicht zum Bersten bzw. Zerplatzen zu bringenden dichten Hülle aus Kunststoff abgepackt bzw. untergebracht, die gegebenenfalls geschwächte Zonen geringerer Stärke aufweist, und an der Innenwand des Reservoirs sind gegebenenfalls Spitzen zur

Erleichterung der öffnung der Kunststoffhülle vorgesehen.

Im übrigen wird die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsaril durch zwei aus

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einem druckfesten Material hergestellte I lalbschalcii gebildet, die zusammengesetzt zwischcnciiiandcr cine gegebenenfalls gewellte Trennmembian aus deforniicrbarcni Material einspannen bzw. festhalten: diese Membran unterteilt das Innere der Malbsehaien in zwei Kammern, von denen die eine als Reservoir für die verdampfbare Flüssigkeit dient und die andere als Verbrennungskammer und ein festes Treibmittel mit seiner Zündvorrichtung enthält; Reservoir und Verbrennungskammer können unabhängig voneinander mit kalibrierten Auslaßöffnungen versehen sein; insbesondere aber stehen beide getrennt tiber kalibrierte Öffnungen mil einer Kühlkammer in Verbindung, die an einem Teil der Seiten der Malbsehalen oder seitlich über dem gesamten äußeren Umfang der Schalen angebracht ist, wobei gegebenenfalls ein Diffusor für die Merausleilungder gekühlten Gase aus dem Generator vorgesehen ist.

Weitere Iiinzclheiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden mehr ins einzelne gehenden Besehreibung an Hand der angefügten Zeichnungen hervorgehen; es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Gasgenerator mit einem Flüssigkeitsreservoir mit Kolben,

Fig. 2 eine Abwandlung des in Fig. 1 gezeigten Generators,

Fig. 3 teils einen Längsschnitt, teils eine Seitenansicht einer zweiten Variante des Generators gemäß Fig. I,

Fig. 4eine Aufsicht auf dieDiffusor-Stirnwand des Generators gemäß Fig. 3,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Generator mit deformierbarem Reservoir.

Fig. 6 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Generator mit deformierbarer Trennmembran,

F i g. 7 eine Variante des Generators gemäß F i g. ft, und

Fig. 8 einen Schnitt durch eine analoge erfindungsgemäße Vorrichtung zum Austreiben einer Flüssigkeit aus einem Reservoir.

Der in F ig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Gasgenerator umfaßt im wesentlichen einen zylindrischen rohrförmigen Körper 1, innerhalb dessen ein zylindrisches Rohrelement 2 koaxial montiert ist, dessen Außendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des Hohlkörpers l,so daß zwischen beiden ein ringförmiger Zwischenraum 3 bleibt. Das Rohrelement 2 ist an seinem einen Ende an einem mit Gewinde versehenen ringförmigen Ansatz 4 festgelegt, der in das mit Gewinde versehene Ende la des Körpers 1 eingeschraubt ist. Das Rohrelement wird im übrigen durch eine transversale Trennwand 5 in ein Reservoir 6 mit einer verdampfbaren Flüssigkeit und eine Kühlkammer 7 unterteilt. Letztere ist zum einen über in der Trennwand 5 vorgesehene Injcktordüscn 8 für den Durchtritt der aus dem Reservoir stammenden verdampfbaren Flüssigkeit mit dem Reservoir und zum anderen über in der Wand der Kühlkammer vorgesehene radiale Düsen 9 für den Durchtritt der von der Verbrennung des Treibmittels herstammenden Gase mit dem ringförmigen Zwischenraum 3 verbunden.

Innerhalb ties ringförmigen Zwischenraums 3 sind Hohihalme 10 aus einem zweibasischen festen Treibmittel untergebracht, die auf einem Ringfuß 11 aus Kunststoff montiert sind. Das freie Ende Ib des Kor pe rs 1 wird durch einen Stopfen 12 verschlossen, der einen ringförmigen Zünder 13 und ein elektrische* Zündsystem 14 tragt. Das »zuslrömsciligc« (d. h. dem abslrömseitigen entgegengesetzte) Ende des Reservoirs 6, das einen gewissen Abstand vom Stopfen 12 hält, ist durch einen Kolben 15 verschlossen, der im Reservoir von der Zuslrömseilc zur Abströmseite verschiebbar ist, zum Herausdrängen der Flüssigkeit aus dem Reservoir in die Kühlkammer 7 unlei der Wirkung der von der Verbrennung des Treibmittels

»° in der durch den ringförmigen Zwischenraum 3 gebildeten Verbrennungskammer herstammenden Gase. Hei lietrieb zündet man den Zünder 13, der das Treibmittel 10 entzündet: das von der Verbrennung des Treibmittels herstammende Gas wird in einem ersien Stadium durch Entspannung quer durch die Radialdüsen 9 beim Durchgang von der Verbrennungskammer 3 in die Kühlkammer 7 gekühlt und in einem zweiten Stadium durch Verdampfung der vom Reservoir 6 herkommenden Flüssigkeit, die unter der Wirkungdes im zuströmseitigcn Ende der Verbrennungskammer herrschenden Verbrennungsgasdrucks durch den Kolben 15 über die Injektordüsen 8 in die Kühlkammer 7 getrieben wird.

Das so auf eine gemäßigte Temperatur abgekühlte

»5 Gas entweicht aus der Kühlkammer durch die Bohrung Aa des Ansatzes 4 und wird am Ausgang des Generators benutzt.

Mit einem erfindungsgemäßen Generator von 0,61 Volumen mit 75 g in Form hohler Halme cxtrudierten zweibasischen Pulvers als Treibmittel mit einer Energieabgabe von K)(M) Kalorien pro Gramm und folgender Zusammensetzung:

Nitroglycerin
Nitrocellulose
Stabilisator

ballistischer Katalysator
diverse Pigmente

37 Gewichtsteile

56 Gewichtsteile

2 Gewichtsteile

1 Gewichtsteil

4 Gewichtsteile

und 120 g Wasser als verdampfbare !Flüssigkeit erhält man am Ausgang des Generators 1801 Gas mit einem Druck von 1,3 bar und einer Temperatur von 70 bis 100 C innerhalb von 20 Millisekunden.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Variante ist die verdampfbare Flüssigkeit zur Vereinfachung der BcIadungsoperationen in einem dichten Beutel 16 aus leicht zerreißbarem Plastikmatcrial, wie beispielsweise Polyäthylen abgepackt. Gegebenenfalls können dabei Zonen geringerer Mantclstärkc beim Beutel oder Spitzkeile 17 an der Trennwand 5 zur Erleichtc-

rung der Zerstörung bzw. Öffnung der Hülle vorgesehen sein.

Im übrigen verwendet man zur Erzielung einer besseren Durchwirbelung in der Kühlkammer 7 konvergierende Injektoren 8' und sternförmige Strahlbreeher 18.

Außerdem wird das Treibmittel im vorliegenden Fall durch eine lamcllare oder schichtförmigc Ladung 10' gebildet, die direkt auf einem Stützansatz oder -zapfen 19 ruht.

Weiter ist ein Diffusor 20 zur Hcrausführung der gekühlten Gase aus der Kühlkammer 7 am Ausgang der Bohrung 4a montiert.

Gemäß der in F i g. 3 gezeigten Variante umfaßt der erfindungsgemäße Gasgenerator im wesentlichen einen einstückigen Hohlkörper 21 von allgemein zylindrischer Form, der an seinem abströmseitigcn Ende iluich einen leicht gewölbten Hoden 22 verschlossen ist. der zusammen mit dem Zylinderkörper aus einem

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Stück besteht und mil Verteilerschlitzen 23 versehen ist, während das zuströmseitigc Ende dieses Zylinderkörpers durch einen angefügten Boden 24 verschlossen wird. Die Verteilerschlitze 23 sind, wie Fig. 4 zeigt, parallel zueinander, aber sie können selbstverständlich auch jede andere gewünschte Konfiguration haben wie beispielsweise gegeneinanderlaufen oder konvergieren oder divergieren.

Im Innern des Hohlkörpers und koaxial zu diesem ist ein Reservoir 25 mit verdampfbarer Flüssigkeit montiert, das durch einen zylindrischen Stutzen 25a gebildet wird, dessen Außendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des Hohlkörpers und der zum einen an seinem zuströmseitigen Ende durch einen Kolben 26 und zum anderen an seinem abslrömseiligen Ende durch eine kreisförmige Platte 27 verschlossen ist,die über den Stutzen mit einem Kreisring 28 übergreift und mit einem ringförmigen Kragen 29 versehen ist, der gegen eine Innenschultcr 30 des Hohlkörpers 21 zum Anschlag kommt.

Der zwischen dem Stutzen 25« und dem Körper 21 bestehende ringförmige Zwischenraum bildet die Verbrennungskammer 31 mit festem Treibmittel 32, dessen Zündung durch Tabletten 33 realisiert wird, die in Aushöhlungen 34 im angefügten Boden 24 untergebracht sind und sich beidseits des Stutzens 25a erstrecken; diese Tabletten werden durch ein bei 35 schematisch angedeutetes elektrisches Zündsystem gezündet. Diese Zündtabletten unterbrechen vorübergehend die Verbindung zwischen der Verbrennungskammer 31 und dem Kolben 26. jedoch wird diese Verbindung mit der Verbrennung dieser Tabletten, die beispielsweise durch ein Zirkoniumpulver gebildet werden, wiederhergestellt.

Im übrigen ist das abströmseitige Ende der Verbrennungskammer mit der Kühlkammer 36 zwischen der Diffusor-Stirnwand 22 und der kreisförmigen Platte 27 mit ihrem vorstehenden Ring 28 (und dem Kragen 29) über längs stehende Düsen 37 in der ringplatte bzw. dem Kragen 29 in Verbindung, während der Innenraum des Reservoirs 25 mit dieser Kühlkammer über seitlich stehende Injektoren 38 in Verbindunggesetzt wird, die leicht oberhalb des Kragens 29 in die Kammer einmünden.

Bei Betrieb zündet man die Zündtabletten 33, die wiederum das Treibmittel 32 entzünden. Die von der Verbrennung des Treibmittels herstammenden Gase werden zum einen durch Entspannung quer durch die Düsen 37 und zum anderen durch Mischen mit der verdampfbaren Flüssigkeit (und Verdampfung derselben) gekühlt, die durch den Kolben 26 über die Injektoren 38 aus dem Reservoir 25 in die Kühlkammer 36 unter der Wirkung des Drucks der Verbrennungsgase getrieben wird, der auf der Zuströmseite der Verbrennungskammer und des Kolbens 26 nach Verbrennung der Zündtabletten 33 herrscht.

Die so auf eine gemäßigte Temperatur heruntergekühlten Gase entweichen aus der Kühlkammer durch die Verteilerschlitzc 23 und werden am Ausgang dieses Generators benutzt.

Mit 20 g zweibasischem Treibmittel und 25 g verdampfbarer Flüssigkeit (Wasser + Calciumchlorid) erhält man beispielsweise am Ausgang des Generators 601 Gas von einer Temperatur von 95 "C ± 5" C unter einem Druck von 1 bar innerhalb von 14 Millisekunden.

Gemäß der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsart umfaßt der erfindungsgemäße Gasgenerator im wcsentlichen einen zylindrischen Rohrkörper 1 aus druckfestem Material, in dem ein zylindrisches Reservoir 39 mit sphärischem Boden koaxial montiert ist, das aus einem deformierbaren Material wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung besteht und dessen Aiißendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des Rohrkörpers, so daß beide zusammen eine ringförmige Verbrennungskammer 3 mit festem Treibmittel 10 begrenzen. Dieses Reservoir ist mit ίο seinem freien F.nde auf einen Ansatz 40 aufgesteckt und mit diesem verklebt, der selbst wiederum mit einer Montagemutter 4 fest verbunden ist, die in das mit Innengewinde versehene Ende la des Körpers I eingeschraubt ist. Dieses Reservoir wird durch eine Trennwand 5 von einer Kühlkammer 7 getrennt, die in den Ansatz eingearbeitet ist. Diese Kühlkammer ist zum einen mit dem Flüssigkeitsreservoir über in der Trennwand 5 vorgesehene Injektordüsen 8 für den Durchtritt der vom Reservoir herkommenden so verdampfbaren Flüssigkeit und zum anderen mit der Verbrennungskammer 3 über in der Wand der Kühlkammer vorgesehene radiale Düsen 9 für den Durchtritt der von der Verbrennung des Treibmittels herstammenden Gase in Verbindung. Das freie Ende Ib des Körpers 1 wird durch einen Stopfen 12 verschlossen, der einen ringförmigen Zünder 13 trägt und ein elektrisches Zündsystem 14.

Bei Betrieb zündet man den Zünder 13, der wiederum das Treibmittel 10 entzündet; die von der Vcrbrennung des Treibmittels herstammenden Vcrbrennungsgasc werden im ersten Stadium durch Entspannung quer durch die radialen Düsen 9 bei ihrem Übergang von der Verbrennungskammer in die Kühlkammer 7 und in einem zweiten Stadium durch Mischung mit der aus dem Reservoir 39 ausgetriebenen Flüssigkeit und deren Verdampfung gekühlt; der Übergang der Flüssigkeit aus. dem Reservoir 39 in die Kiihlkammer 7 erfolgt über die Injektordüsen 8 durch Deformation des Reservoirs 39 unter der Wirkung des Druckes der von der Verbrennung des festen Treibmittels in der Verbrennungskammer 3 herstammenden Gase.

Die so auf eine gemäßigte Temperatur abgekühlten Gase entweichen aus der Kühlkammer durch einen in der Bohrung 4a der Mutter 4 montierten Diffusor 41 und werden am Ausgang dieses Diffusors benutzt.

Mit einem Generator von 0,6 I Volumen mit 75 g in Halmform extrudiertem zweibasischen Pulver als Treibmittel mit folgender Zusammensetzung:

Nitroglycerin
Nitrocellulose
Stabilisator

ballistischer Katalysator
diverse Pigmente

37 Gewichtsteile

56 Gewichtsteik

2 Gewichtsteile

1 Gewichtsteil

4 GcwichtstciU

und 120 g Wasser als verdampfbarer Flüssigkeit erhäl man in Höhe des Diffusors 1801 Gas mit einem Drucl von 1,3 bar und einer Temperatur von 100° C inner

halb von 20 Millisekunden.

Bei dieser Ausführungsart führt der Austritt de Gase durch die Düsen 9 im Zeitpunkt der Vcrbrcn nung des Treibmittels zu einem Druckgradienten zwi sehen den beiden Enden der Verbrennungskamme

65 von etwa 10 bar, wobei der höhere Druck auf de Zuströmscite der Verbrennungskammer herrscht. Eii solcher Druckgradient ist von besonderem Interesse da er eine stärkere Deformation des zuströmscitigc

k ·· Γ—¹ -"·*■"- - Λ**Λ

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Ieils des Reservoirs hewirkl, die den Ausstoß tier Flüssigkeit begünstigt.

Gemäß der in Fig. 6 ge/.eiglen Ausführiingsart wird der erfindungsgemäße Gasgenerator durch zwei kreisförmige Halbschalen 42t; und 42/> aus druekfeslem Material gebildet, die beisrielsweise durch Schweißverbindung /tisammcngcfügt sind und zwischencinander eine deformierbare Membran 43 festhalten, die beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder aus Kupfer besteht, gewellt ist und den Inncnraum der Halbschalcn in zwei Kammern unterteilt, von denen die eine, 44, das die vcrdampfbarc Flüssigkeit enthaltende Reservoir und die andere, 45, die Verbrennungskammer mit dem festem Treibmittel 46 mit einem Zündsystem (in der Zeichnung nicht zu sehen) bildet. Die Verbrennungskammer und das Flüssigkeitsreservoir stehen getrennt mit einer ringförmigen Kühlkammer 47 über Auslaßdüsen 48 bzw. 49 in Verbindung. Diese Kühlkammer steht im übrigen über Düsen oder Öffnungen 50 mit einem ringförmigen Diffusor 51 in Verbindung, der Verteileröffnungen 52 aufweist. Die Kühlkammer und der Diffusor sind so seitlich an die Schalen angefügt.

Bei Betrieb zündet man den Zünder, der wiederum das Treibmittel 46 entzündet. Die in der Verbrennungskammer 45 freigesetzten Verbrennungsgasc deformieren die Membran 43 und treiben die in der Kammer 44 enthaltene Flüssigkeit über die Düsen 49 in die Kühlkammer 47. Die Verbrennungsgasc werden beim Durchtritt durch die Düsen 48 in die Kammer 47 hinein entspannt und misehen sich in letzterer mit der hineingetriebenen Flüssigkeit und werden durch die Verdampfung der Flüssigkeit gekühlt. Die gekühlten Gase entweichen aus der Kühlkammer über den Diffusor 51 und werden an dessen Ausgang benutzt.

Gemäß der in Fig. 7 gezeigten Variante ist der Gasgenerator von länglicher und nicht kreisförmiger Kokillenform, und die Gesamtheit von Kühlkammer und Diffusor ist zu einer einzigen Kammer 53 zusammengezogen, die lediglich an einer Seite der Schalen angeordnet und mit Auslaßöffnungen 52 versehen ist. Als Treibmittel wird eine lamcllenförmige Ladung verwendet.

Gemäß der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsart umfaßt die Vorrichtung zum Austreiben einer Flüssigkeit aus einem Reservoir zwei kreisförmige Halbschalen 42a und 42ft aus einem druckfcstcn Material, die durch Bolzen 54 zusammengefügt sind und zwischeneinander eine gewellte deformierbare Membran 43 beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes einspannen; diese Membran unterteilt so den Innenraum der Schalen in zwei Kammern, von denen die eine, 44, das die auszutreibende Flüssigkeit enthallende Reservoir und die andere, 45, die das feste '!"reibmittel mit seinem Zündsystem (in der Zeichnung nicht gezeigt) enthallende Verbrennungskammer bildet.

Durch diese Membran können mögliche Reaktionen zwischen den Verbrennungsgasen des Treibmittels und der auszutreibenden Flüssigkeit vermieden • 5 und die Schleicrbildung der Flüssigkeit begrenzt werden.

Der Treibmittclblock 46 ist für die Entwicklung von deutlich mehr Gas berechnet als zur Druckentwicklung im Gehäuse notwendig ist, und die überschüssigen Gase werden durch eine Düse 55 herausgeführt. Diese Vorrichtung ermöglicht die Aufrechterhaltung eines etwa konstanten Druckes zum Austreiben der Flüssigkeit. Wenn nämlich die durch das Treibmittel entwickelten Gase im großen Überschuß vorhan- »5 den sind, beeinflußi das Abzapfen bzw. Ausstoßen der Flüssigkeit den Druck in der Kammer nur wenig.

Gegebenenfalls ist es mit Hilfe eines Treibmittelblocks mit angemessener Geometrie möglich, einen in Abhängigkeit von der Zeit zunehmenden oder abnehmenden Austreibungsdruck zu erreichen.

Die Auslaßöffnung 56 für die Flüssigkeit und die Gasauslaßdüse 55 können mit einem Deckel versehen sein, der unter der Wirkung des Drucks aufreißt, wodurch die Lagerung der gesamten Anordnung ermöglicht wird.

Im übrigen kann der Zünder bei den in Fig. 6 bis 8 gezeigten Ausführungsformen entweder am Treibmittclblock 46 oder an der dcformicrbaren Membran 43 angefügt und mit einem äußeren Zündsystem über Drähte verbunden sein, die entweder durch eine abgedichtete Öffnung in der Schale oder eine Gasauslaßdüse hindurchgehen.

Gegebenenfalls kann die Flüssigkeit zweckmäßig in einer dichten Hülle aus Plastikmatcrial, wie beispielsweise Polyäthylen, abgepackt und vor dem Einsetzer der deformierbaren Membran in das Reservoir gebracht werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum raschen Ausstoßen einer Flüssigkeit aus einem Reservoir durch Abbrennen einer Treibladung und gegebenenfalls Mischen von Flüssigkeit und Verbrennungsgas mit einer mit einem festen Treibmittel und Zündvorrichtung versehenen Verbrennungskammer und einem Reservoir für die Flüssigkeit, gekennzeichnet durch eine zumindest teilweise deformierbare oder bewegliche Trennwand (15,26,43) zwischen der Verbrennungskammer (3, 31, 45) und dem Reservoir (6, 25, 39, 44), die unter dem Druck der Verbrennungsgase eine Vclumenverminde- >5 rung des Reservoirs hervorruft, und durch abgeglichene bzw. kalibrierte öffnungen (8,8', 38, 49, 56), die aus dem Flüssigkeitsreservoir nach außen bzw. in einen Auslaßstutzen (7, 36, 47) münden, der gegebenenfalls mit weiteren, in die Verbren- to nungskammer oder nach außen führenden kalibrierten öffnungen _V9, 37, 48) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (15, 26, 43) einen Hohlkörper (1, 21, 42ab) aus druckfestem »5 Material innen in zwei Kammern unterteilt, von denen die eine das Flüssigkeitsreservoir (6,25,39, 44) und die andere die dieses umgebende oder überragende Verbrennungskammer (3, 31, 45) bildet, die beide über unterschiedliche kalibrierte Öffnungen (8,9 bzw. 37,38 bzw. 48, 49) mit dem als Kühlkammer (7, 36, 47) für das Verbrennungsgas unter Zumischung und Verdampfung der Flüssigkeit wirkenden Auslaßstutzen verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zylindrische Gestaltung von Hohlkörper (1, 21) und Flüssigkeitsreservoir (6, 25), das unter Ausbildung einer ringförmigen Verbrennungskammer (3, 31) koaxial im Hohlkörper angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsreservoir (6,25) durch ein genau zylindrisches Element (2, 25a) aus steifem Material von geringerem Durchmesser als der Hohlkörper (1, 21) gebildet wird, das zuströmseitig über einen zur Abströmseite hin in das Reservoir hineintreibbaren Kolben (15, 26) mit der Zuströmseite der Verbrennungskammer (3, 31) in Verbindung steht, während abströmseitig Verbrennungskammer und Reservoir getrennt über unterschiedliche kalibrierte Öffnungen (8, 9 bzw. 37,38) mit der Kühlkammer (7, 36) verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkammer (7) in der Verlängerung des Flüssigkeitsreservoirs (6) vorgesehen und von diesem durch eine transversale Trennwand (5) mit kalibrierten Öffnungen oder Injektionsdüsen (8) getrennt ist und zumindest teilweise vom abströmseitigen Ende der Verbrennungskammer (3) umgeben wird, mit welcher sie über radiale Öffnungen oder Düsen (9) in der Kühlkammerwand in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsdiisen (8') konvergierend angeordnet und/oder mit einem Strahlbrecher (18) versehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Hohlkörper (21) mit einer mit Verteilerschlitzen (23) versehenen abströmseitigen Stirnwand (22) aus einem Stück besteht, am zuströmseitigeri Ende durch einen angefügten Boden (24) verschlossen ist und mit dem koaxial montierten Flüssigkeitsreservoir (25) sowohl mantelseitig eine ringförmige Verbrennungskammer (31) begrenzt, die abströmseitig durch eine mit kalibrierten Öffnungen (37) versehene, gegenüber dem abströmseitigen Ende des Flüssigkeitsreservoirs leicht zurückversetzte Ringplatte (29) abgeschlossen wird, als auch stirnseitig eine Kühlkammer (36) zwischen der mit Schlitzen versehenen Stirnwand (22) und dem abströmseitigen Abschluß (27) des Flüssigkeitsreservoirs, das über mantelseitige Öffnungen (38) mit der Kühlkammer in Verbindung steht, während die Verbrennungskammer (31) über die längs stehenden Öffnungen (37) der Ringplatte (29) mit der Kühlkammer verbunden ist.

K. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsreservoir durch einen zylindrischen Stutzen (25a) gebildet wird, dessen Außendurchmesser geringer als der Innendurchmesser des Hohlkörpers (21) ist, und der zum einen zuströmseitig durch einen Kolben (26) und zum anderen abströmseitig durch eine Stirnwand (27) abgeschlossen wird, die einen gewissen Abstand von der mit Schlitzen (23) versehenen Stirnwand (22) hält unter Bildung einer Kühlkammer, die mit der Verbrennungskammer (31) über die Öffnungen (37) der Ringplatte (29) und mit dem Flüssigkeitsreservoir über seitliche Öffnungen (38) in dem die Ringplatte überragenden Teil des Stutzens (25a) verbunden ist, und daß die Verbindung zwischen dem zuströmseitigen Ende der Verbrennungskammer (31) und dem Kolben (26) durch zumindest eine Aushöhlung (34) im Boden (24) sichergestellt wird, die sich beidseits des Stutzens (25a) erstreckt und zunächst durch die Zündladung (33) eingenommen wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigk:it!»reservoir (39) mit im Vergleich zum Innendurchmesser des Hohlkörpers (1) geringerem Außendurchmesser aus nachgiebigem oder deformierbarem Material besteht.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsreservoir (39) durch einen einseitig offenen Beutel oder Behälter gebildet wird, der auf den Umfang der Trennwand (5) aufgezogen und/oder aufgeklebt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Verbrennungskammer (3) einen Ringfuß (11) mit darauf montiertem Treibmittel in Form von hohlen Halmen (10) aus zweibasischem Schießpulver oder Pulver in Form von »Wellpappe« oder lamellenförmige Sprengladungen oder jede andere Ladung mit geringer Brenndauer aufweist, deren spezifischer Durchsatz unter 1500 bis 2000 g/s/cnr liegt und deren Eigenschaften wenig von der anfänglichen Ziindtemperatur abhängen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (3, 31) einen ringförmigen Zünder (13, 33) auf-

weist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei Halbschalen (42a, 42b) aus druckfesiem Material, die zusammengefügt zwischen einander eine gegebenenfalls gewellte Trennmembran (43) aus deforniierbarem Material einspannen, die das Innere der Schalen in zwei Kammern, das Flüssigkeitsreservoir (44) und die Verbrennungskammer (4S) unterteilt, die getrennt kalibrierte Öffnungen (55, 56 bzw. 48, 49) für den Auslaß νυη Verbrennungsgasen und Flüssigkeit aufweisen, die insbesondere zu einer seitlich an den Halbschalen an einem Teil oder über den gesamten Umfang angebrachten Kühlkammer (47) führen, an die sich gegebenenfalls ein Diffusor (51) anschließt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dan das Flüssigkeitsreservoir (6, 25, 39,44) eine unter Abkühlung der Verbrennungsgase verdarnpfbare Flüssigkeit aufweist, die aus Wasser, Mischungen ve- Wasser mit einem niederen Alkanol oder Diol, wie Methanol-Wasseroder Glykol-Wasser-Mischungen oder aus einer wäßrigen Calciumchloridlösung besteht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampfbare Flüssigkeit in einer dichten Hülle (16) aus leicht zerreißbarem Kunststoff, die gegebenenfalls Zonen geringerer Starke aufweist, abgepackt im Reservoir (6) eingesetzt ist. das gegebenenfalls an der Inneiiuand vorstehende Spitzen (17) zur Erleichterung des Aufreißvorganges hat.

16. Verwendung der Vorrichtung zum raschen Ausstoßen einer verdampfbaren Flüssigkeit aus einem Reservoir durch Abbrennen einer Treibladung und Mischen von Flüssigkeit und Verbrennungsgas nach Anspruch 1 als Gasgenerator zum raschen Aufblasen aufblasbarer Gegenstände, insbesondere von Sicherheitskissen für Kraftfahrzeuge.