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Feststoffgasgenerator Die Erfindung betrifft einen Feststoffgasgenerator,
insbesondere zum stufenweise Aufblasen stoßdämpfender Hüllen in Kraftfahrzeugen.
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In jüngster Zeit wird aus Sicherheits- und Platzersparnisgründen unter
anderm zum Aufblasen von stoßdämpfenden
H:Jllen in Kraftfahrzeugen
und zuta Füllen von Druckbehältnissen, wie sie beispielsweise in Notbremsanlagen
für Aufzüge und Kraftfahrzeuge Verwendung finuen, vielfach auf Feststoffgasgeneratoren
zurückgegriffen. Dabei hat sich gezeigt, daß eine stufenweise Durchführung des Aufblase-
bzw. Füllvorgangs sich schonend auf die gasbeaufschlagten Hüllen bzw. Druckbehälter
auswirkt und darüber hlnaus eine werkliche Reduzierung des den Aufblase- bzw. Füllvorgang
begleitenden Schalldrucks zur positiven Folge hat.
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Bei einer bekannten Generatorausführung eingangs genannter Gattung
findet als Gasllejerant Schwarzpulver Verwendung. t)s Schwarzpulver ist au1 zwei
Cruppen aus jeweils fünf Pulvertaschen verteilt. Sämtliche Pulvertaschen,sind zur
aufblasbaren Hülle hin offen ausgebildet und anfänglich durch zwei gemeinsame Berstmembranen,
einer Aluminiumfolle und einer Polyäthylenfolie, verschlossen. Im Strömungsweg zwischen
den Pulvertaschen und der aufblasbaren Hülle befindet sich außerdem ein mit festem
Kühlstoff gefülltes Behältnis, das hüllenseitig ebenfalls durch eine Berstmembran
aus Polyäthylen abgedeckt ist. Einer der fünf Pulvertaschen jeder @ruppe ist ein
spezieller Zündmechanismus zugeordnet. Die übrigen Pulvertaschen stehen sowohl untereinander
als auch mit der erstgenannten Pulvertasche in Verbindung1 und zwar über mit Pulver
gefüllte Kanäle. Werden die Zündmechanismen betätigt, kommt es in den zugeordneten
Pulvertaschen zu einer Gaserzeugung. Der sich aufbauende Druck sorgt für eine Zerstörung
der angrenzenden Membranbereiche0 !is Folge davon strömen Gas und noch nicht verbranntes
Pulver aus den fremdinitlierten Pulvertaschen in das Kühlstoffbehältnls und von
dort unter Nitreizung festen Kühlstoffs in die aufblasbare Hülle.
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Letztere wird durch das einströmende Gas, das vom eingeförderten,
weiterreagierenden Schwarzpulver an Ort und Stelle erzeugte Gas und die dabei vom
mitgerissenen festen Kuhlstoff anfallenden gasförmigen Z;ersetzungsprodukte teilweise
aufseblasen. Anschließend wird die Hülle aui die gleiche Art und Weise durch die
restlichen Pulvertaschen der beide Gruppen gänzlich aufgeblasen. Deren Pulverinhalt
wird nämlich durch das während des Pulverabbrandes in den frcmdinitiierten Pulvertaschen
angezündete und nach Brennschluß derselben weiterbrennende pulver in den Verbindungskanälen
angezündet.
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Diese Ausführungen machen deutlich, daß der bekannte Feststoffgasgenerator
zu den Niederdruckbautypen zählt, die nur schwerlich innerhalb der extrem kurzen
Zeitspanne zwischen Unfallbeginn und daraus resultierender Bewegung des bzw. der
Fahrzeug insassen relativ zum Fahrzeug die Hülle auf das für einen ausreichenden
Insassenschutz erforderliche Volumen aufblasen können. Im vorliegenden Fall kommt
erschwerend hinzu, daß die ohnehin niedrige Strömungsgeschwindigkeit der erzeugten
Niederdruckgase auf dem Wege zur Hülle eine betrÄchtliche hbsenkung erfährt, und
zwar durch den großen Strömungswiderstand, den das zwischengeschaltete, mit festem
Kühlstoff gefüllte Behältnis darstellt. Einen weiteren Nachteil stellt schließlich
das unkontrollierte Nachbrennen von im Gasstrom mitgeführtem Schwarzpulver im Hülleninnern
dar. zusammen mit der erst nach Brennschluß der beiden irendinitiierten Pulvertaschen
in den übrigen Pulvertaschen einsetzenden Gaserzeugung steht es nämlich einem definierten
t)ruck-Zeit-Verlauf und einer bedarfsweisen geziclten Wariierung desselben hinderlich
im Wege.
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Bekannt ist auch eine Zuordnung von beispielsweise vier Gasgeneratoren
zur stoßdämpfenden Hülle eines Kraftfahrzeuges. Gebildet werden diese Gasgeneratoren
von Rohren, die mit festen gaserzeugenden Medien unterschiedlicher Brenndauer gefüllt
sind. Die Zündfolge ist derart, daß - vom Augenblick der Kollision an gerechnet
-beispielsweise zwischen der 3. und 20. rnsec, 15. und 50. rnsec, 40. und 200. msec
und 150. und 500. msec jeweils ein Generator Gas in die Hülle einspeist. Die zeitlich
überlappte Gaserzeuguny dient allerdings nicht dazu, die Hülle zur Vermeidung von
beschädigungen, insbesondere im besonders reißgefährdeten inspannbereich, und Reduzierung
des Schalldrucks stufenweise auf das für einen ausreichenden Insassenschutz erforderliche
Endvolumen aufzublasen. Auf diesen Weg sollen lediglich die abkühlungsbedingten
Volumenabnahmen der bereits vom ersten Gasgenerator schlagartig auf das vörgesehene
Endvolumen aufgeblasenen Hülle kompensiert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfachen,
kompakten und stets funktionssicheren Feststoffgasgenerator eingangs genannter Gattung
zu entwickeln, dessen Druck-Zeit-Verlauf auf einfache Art und Weise in weiten Grenzen
veränderbar ist und exakt an die jeweils gestellten Forderungen angepaßt werden
kann.
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Diese Aufgabe wird erfinfungsgemäß dadurch gelöst, daß in minen Generatorgehäuse
mindestens zwei, jewells Fest-
treibstoff auf der Basis eines Schnellbrenners
enthaltende Brennkammern mit eigenen, ins gleiche aufzublasende bzw. zu füllende
Volumen einmündenden Gasauslässen untergebracht sind und daß die Festtreibstoffe
der einzelnen Brennkammern nacheinander angezündet werden, und zwar jeweils vor
Brennschluß des Festtreibstoffs der bezüglich der Anzündfolge vorgeordneten Brennkammer
bzw. -kammern.
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Der erfindungsgemäße Festst-offgasgenerator ist zum Aufblasen stoßdämpfender
Hullen in Kraftfahrzeugen. und zum Füllen anderer Druckbehältnisse, wie sie beispielsweise
in Notbremsanlagen für Aufzüge und Kvraftfahr2eugen vorkommen, hervorragend geeignet.
Zu dieser Eignung trägt in erster Linie bei, daß die enstprechende Hülle bzw. das
jeweilige Durckbehältnis beim Aufblasen bzw.
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Füllen mit Generatorgas vor übermäßigen mechanischen und thermischen
Belastungen sicher bewahrt und die den Aufblase- bzw. Füllvorgang begleitenden Schalldrücke
erheblich reduziert werden kennen. Zu-rUckzuführpn ist dieser positive Sachverhalt
auf die Möglichkeit einer exakten Anpassung des Druck-Zeit-Verlaufs an jede beliebige
Forderung. Dafür sorgt die konstruktiv einfache, raum-und kostensparende Unterbringung
von mindestens zwei, mit Festtreibstoff auf der Basis eines Schnellbrenners bestückten
selbständigen Brennkammern in einem gemeinsamen Generatorgehäuse in Verbindung mit
einer gezielten Überlagerung ihrer Betriebazeiten, die - wie im folgenden gezeigt
wird - ohne Zuhilfenahme komplizierter, wartungsbedürftiger und somit die Funktionssicherheit
beeinträchtigender Steur- und Zündmechanismen verwirklicht wi-rda
In
Ausgestaltung der Erfindung wird lediglich der Festtreibstoff einer Brennkammer
mittels einer fremdinitiierten Zündladung, der Festtreibstoff der andern Brennkammer
bzw. - kammern dagegen unmittelbar oder mittelbar durch Gas aus der bzw. den bereits
in Betrieb befindlichen Brennkammer bzw. - kammern angezündet, und zwar -wie bereits
erwähnt -. zeitverzögert.
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Zum zeitverzögerten Anzünden des Festtreibstoffs einer Brennkammer
mittels Gas aus einer bereits betriebenen Brennkammer fuhren gemäß weiteren ausgestaltenden
Er findungsmerkamlen Äron der letzteren zur ersteren bzw.
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zum dieser zugeordneten Verteilerraum Strömungswege.
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Diese Strömungswege weisen itn Vergleich zu den Brennkammerauslässen
sehr kleine Querschnitte auf bzw. sind, insbesondere bei größeren Querschnittsdimensionen,
anfänglich durch eine Verzögerungsladung in tsorm eines eingeklebten Pulverstücks
oder dergleichen verschlossen.
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Durch Anzahl und Disnensionierung der die Brennkammern verbindenden
Strömungswege sowie Abbrandgeschwindigkeit und Länge der in den Strömungswegen gegebenenfalls
angeordneten Vermögerungsladungen lößt sich in Verbindung mit der mengenmäßigen
Bemessung, Formgebung und chemischen Zusammensetzung der in den Brennkammern befindlichen
Festtreibstoffe und der Bemessung der äußeren Klemnung der Druck-Zeit-Verlauf des
erfindungsgemäßen Feststoffgasgenerators auf einfache Art und Welse beliebig variferen.
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Eine zusätzliche Einflußnahme auf den Druck-Zeit-Verlauf ist möglich,
wenn - wie es bei einem weiteren Erfindungsmerkmal der Fall ist - der Verzögerungsl@dung
in den Strömungswegen zwischen zwei Brennkammern jeweils eine Beil@dung nachgeordnet
ist.
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Bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Feststoffgasgenerators,
die sich durch eine besonders kompakte Bauweise auszeichnet, ist das @eneratorgehäuse
aus einem rotationssymmetrischen, im Längsschnitt U-förmigen Gehäuseteil und einem
in dieses eingeschraubten rotationssymmetrischen Cehäuseteil mit im Längsschnitt
P-förmiger Ausbildung zusammengesetzt. Zwischen den verschraubten Gehäuseteilen
ist ein Trennstück aus cinem zur Generatorlängsachse senkrechten Ring und zwei in
Generatorlängsrichtung sich erstreckenden, hülsenfönaigen Fortsätzen eingespannt.
Es unterteilt den von den GehEuseteilen umschlossenen- kaun in zwei radial außenliegende
ringförmige Brennkammern mit eigenen Gasauslässen und in zwei radial innenliegende
ringförmig Verteilerraume.
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Der eine Verteilerraum kommuniziert einerseits über Öffnungen im angrenzenden
hülsenförmigen Fortsatz des Trennstücks mit der ihn umgebenden Brennkarnrner und
andererseits Uber anfänglich verdämmte Öffnungen in einem ra,-dial nach innen gerichteten
Vorsprung des betreffenden hülsenförmigen Fortsatzes mit einer im Boden des U-förmigen
Gehäuseteils eingearbeiteten Ringnut. Darin befindet sich eine Zündladung, die mittels
einer oder mehrerer, eingebetteter Zündpillen initiiert wird. Der andere Verteilerraum
steht einerseits über Öffnungen im angrenzenden hülzenförmigen Fortsatz des Trenhnstücks
mit der ihn umgebenden Brennkammer, andererseits über die bereits an anderer Stelle
beschriebenen Strömungswege mit der anderen Brennkammer in VerbIndung. Im vorliegenden
Fall verlaufen diese Strömungswege durch den Ring des Trennstücks Zur Erzielung
einer großen Abbrandfläche em?fiehlt sich eine Aufgliederung des in jeder Brennkammer
installierten Festtreibstoffs auf der Basis eines Schnellbrenners
in
Scheiben und eine Anordnung von Ausgleichsscheiben zwischen den einzelnen Treibstoffscheiben.
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Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen schamatisch dargestellten
und nachfolgend ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Feststoffgasgenerator mit veränderbarem Druck-Zeit-Verlauf
und Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer abgewandelten Generatorausführung gleichen
Typs.
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Fig. 1 zeigt im versetzten Längsschnitt einen Feststoffgasgenerator
t. Das Generatorgehäuse besteht aus einem Unterteil 2 und einem Oberteil 3. Gehäuseunterteil
2 und -oberteil 3 sind miteinander verschraubt und mittels O-Rtngen 4 und 5 abgedichtet.
Zwischen ihnen ist ein Trennstück 6 eingespannt. Das Trennstück 6 besteht aus einem
quer zur Generatorlängsachse sich erstreckenden Ringelement 7 und zwei in generatorlängsrichtung
sich erstreckenden hülsenförmigen Fortsetzen 8a und 8h. Es unterteilt das Generatorinnere
in zwei radial außenliegende ringförmige Brenntummern 9 und 10 mit eigenen, ins
gleiche Volumen anmündenden Gasauslässen 11, 12 und in zwei kleinere, radial innenliegende
Verteilerräume 13 und 14, von denen Bohrungen 15 bzw. 16 durch die hUlsenförmigen
Fortzätze 8a bzw. 8b des TrennstGcks 6 zur angrenzenden Brennkammer 9 bzw. 10 führen.
Der Gasauslaß 11 der einen brennkammer 9 verläuft durch das GehSuseunterteil 2.
Der Gssauslaß 12 der anderen Brennkammer 10 erstreckt sich durch das Ringelement
7 des Trennstüdcs 6 und das Gehäuseunterteil 2. Beide Gasauslässe 11 und 12 sind
vor Inbetriebnahme der betreffenden Brennkammer 9, 1C beispielsweise durch Aluminiumfolie
17 bzw. 18 verdamms. Die mit 18 bezeichnete Aluminiumfolie verhindert
gleichzeitig
ein Auftreten von Leckströmen zwischen dem äußeren Rand des Ringelanents 7 und dem
gehäuseunterteil 2. Zwischen dem Gehäuseoherteil 3 und dein inneren Rand des Ringelements
7, in dessen Bereich Kapillarbohrungen 20a, 20b von der mit 9 bezeichneten Brennkammer
zum mit 14 bezeichneten radial innenliegenden Verteilerraum führen, werden solche
Leckströme durch einen Dichtring 21 unterbunden.
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In jeder Brennkammer 9, 10 befinden sich beispielsweise drei durch
Ausgleichsscheiben 22 bzw. 23 getrennte Scheiben 24 bzw. 25 aus Festtreibstoff hoher
Abbrandgeschwindigkeit. Ausgleichsscheiben- 22, 23 und Treibstof£scheiben 24, 25
sind durch Zylinderstifte 25 fixiert, die sich durchs Ringelement 7 des Trennstücks
6 erstrecken.
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Letzteres ist ebenfalls durch einen in eine Bohrung des Gehäuseunterteils
2 eingreifenden Zylinderstift 27 fixiert. Dadurch wird vermieden, daß sich beim
gasauslaß 12 der mit 10 bezeichneten Brennkammer der durch das Ringelement 7 verlaufende
Auslaßabschnitt gegenüber dem durchs Gehäuseunterteil 2 verlaufenden verschiebt.
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Wie Fig. 1 ferner zu entnehmen ist, erstreckt zwei vorn, freien Ende
des hülsenförmigen Fortsatzes 8a ein vor sprung 28 radial nach innen. Der mit anfünglich
vrdämmten Löchern 29 versehene Vorsprung 23 überbrückt eine im Gehäuseunterteil
2 eingearbeitete Ringnut 30. Darin befindet sich eine Zündladung 31 und beispielsweIse
wcl, mit Klebstoff eingesetzte elektrische Zündpillen, von denen lediglich eine
(32) zu sehen ist. wie zu den Zündpillen 32 führenden Versorgungsleitungen tragen
die Bezugszeichen 33a und 33b.
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Der vorbeschriebene Feststoffgasgenerator funktioniert wie folgt:
Sobald die Zündladung 31 mittel der Zündpillen 32 initiiert wird, gelangen die aus
dieser Initiierung resultierenden Anfeuerungsgase durch die Löcher 20 im Vorsprung
28 in den Verteilerraum 13 und von dort durch die Bohrungen 15 in hülsenförmigen
Fortsatz ?c' in le Brennknmmer 9. Hierdurch werden die Treibstoffscheiben 24 gleichzeitig
am inneren Umfang angezündet. Dar von dnn angezündeten Treibstoffscheiben 24 erzeugte
Gas strömt teils zum Gasauslaß 11 der Brennkammer 9, teils über die Kapillerbohrungen
20a und 20b - entsprechend den gewählten Bohrungsdurchmessern - mehr oder weniger
zeitverzögert in den Verteilerraum 14 und von dort über die Bohrungen 16 im hülsenförmigen
Fortsatz 8b in die Brennkammer 10. Dies hat eine Anzündung der darin installierten
Treibstoffscheiben 25 zur Folie. Das von den angezündeten Treibstoff scheiben 25
erzeugte Gas verläßt die Brennkammer 10 Uber den Auslaß 12, und zwar mit entsprechender
Zeitverzögerung.
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Fig. 2 zeigt ausschnittsweise Ringsegment 37 und hülsenförmige Fortsätze
38a, 38b eines Trennstücks 36, welches analog zu Pig. 1 das Innere eines Feststoffgasgenerstors
in zwei radial außenliegende ringförmige Brennkammern 39. 40 und in zwei radial
innenliegende ringförmige Verteilerräume 41, 42 unterteilt. Im vorliegenden Beispiel
verlaufen statt der Kapillarbohrungen in Fig. 1 Strömungswege 43a bis d größeren
Querschnitts von der zuerst in Betrieb genommenen Brennkammer 39 zum mit 42 bezeichneten
Verreilerraum.
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Diese Strömungswege 43a bis d sind durch ein eingeklebtes Pulverstück
44 anfänglich verschlossen. Letzteres wird' durch die in der Brennkammer 39 erzeugten
Gase angezündet. Je nach Länge und Abbrandcharakteristik verzögert es mehr oder
weniger die Anzündung einer nachgeordneten Beiladung 45 ilnd sonit auch die Ganerzeugung
in der mit 40 bezeichneten Brennkammer.
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Patentansprüche: