DE2236380C3

DE2236380C3 - Gaserzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2236380C3
Application number: DE19722236380
Authority: DE
Inventors: Leland Ellis Brigham City Davis; Howard Eugene Hyrum Jorgensen; Fred Ernest North Ogden Schneiter
Original assignee: Thiokol Corp
Current assignee: ATK Launch Systems LLC
Priority date: 1972-07-25
Filing date: 1972-07-25
Publication date: 1975-02-13
Also published as: DE2236380B2; DE2236380A1

Description

i d

_{drückt dje κ}^ ^ _{ejnem typ}

Bleistyphnat 50 _o Fahrzeupinsassen tiefer in das Kissen hinein und in

Kaliumperchlorat 24 '„ _{en Kontakt mit} dessen Oberfläche. Ohne besondere

Zirkonium in Pulverform 24/_{o 5o Kühlmittel zum} Senken der Temperatur der Gase

organische Bindemittel 2 /_{0 würde dcf Insasse da}h_er schwere Verbrennungen von

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch der Oberfläche des Kissens "Ja'¹^ gekennzeichnet, daß die Zündmasse näherungs- Durch die ^de?^twhe °«enlegungsKhnft 2 1« 52b weise folgende Gewichtsprozente aufweist: bzw. die deutsche Offenlegungsschr.ft 2J60 738 ^s

„ , „„.ο, 55 eine Gaserzeugungsvorrichtung zum Füllen autblas

Borpulver 23,86/ _{barer Gegenstände} in der Gegenwart von Menschen,

Kaliumnitrat ^Ί\'\ΐά mit einer eine Ausströmöffnung aufweisenden Druck-

Ny^lon 3,96 / _kammer, in der sich fester Brennstoff, der beim Bren-

Graphitpulver 0,99 /_{o nen das Aufblasgas} erzeugt, zusammen mit einer Zund-

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der 60 einrichtung befindet und mit einer der Austragsöffnung folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nachgeschalteten Kühlkammer, in der e.r KuhlmiUc\ das feste, endotherm reagierende Kühlmittel aus mit den aus der Ausströmöffnung en weichenden hei-Natriumbicarbonat, Eisen-!I-Oxalat und Oxalsäure Ben Gasen reagiert und diese kühlt, bevo sie lur _hesteht Menschen giftfrei in den aufblasbaren Gegenstand ge-

65 langen, bekannt geworden, die weitgehend kühle und giftfreie Gase erzeugt. Bei der bekannten Vorrichtung

ist das Kühlmittel so ausgewählt, daß es die originär

nicht giftfreien Brenngase durch eine chemische Reak-

•ι

tion entgiftet. Durch diese Mehrfachfunktion ist man mit Nachteil hinsichtlich der Kühlungsmöglichkeiten eingeschränkt. Im bekannten Fall wird dabei das flüssige Kühlmittel durch die giftigen Brenngase aus einem deformierbaren Behälter euer mittels einer Kolbenanordnung in die Kühlkammer ausgetrieben. Es besteht dabei die Möglichkeit, daß ein Teil des giftigen Brenngases in den aufzublasenden Behälter gelangt, bevor nämlich genügend Kühlmittel ausgetrieben ist. D-'iormierbare Behälter bestehen zudem im allgemeinen aus einem Material, das bei Verbrennung Giftgase erzeugt und dadurch die Entgiftung noch zusätzlich belastet. Bewegte Teile sind bei den gegebenen hohen Temperaturen sehr problematisch in der Arbeitsweise und erhöhen zudem den Herstellungsaufwand. Letzterer Nachteil gilt auch für den aus der USA.-Patentschrift 3 305 319 bekannten Gaserzeuger, der mit festem, teilchenförmigen! und endotherm mit den Brenngasen reagierendem Kühlmittel arbeitet. Bei diesem bekannten Gaserzeuger wird zudem auf eine zo Giftfreiheit der Gase nicht geachtet.

Durch die deutsche Offenlegungsschrift 2 129019 ist zwar eine Gaserzeugungsvorrichtung bekannt, die aus zwei Druckkammern besteht, wobei die zweite Druckkammer die Kühlflüssigkeit enthält, die das in der ersten Druckkammer erzeugte Aufglasgas kühlen soll, die also keine bewegten Teile besitzt. Jedoch wird auch bei diesem bekannten Gaserzeuger auf die Giftfreiheit der Gase nicht geachtet.

Der Erfindung liegt, ausgehend von einer Gaserzeugungsvorrichtung zum Füllen aufblasbarer Gegenstände in der Gegenwart von Menschen, mit einer eine Ausströmöffnung aufweisenden Druckkammer, in der sich fester Brennstoff, der beim Brennen das Aufblasgas erzeugt, zusammen mit einer Zündeinrichlung befindet und mit einer der Austragsöffnung nachgeschalteten Kühlkammer, in der ein Kühlmittel mit den aus der Ausströmöffnung entweichenden heißen Gase reagiert und diese kühlt, bevor sie giftfrei in den aufblasbaren Gegenstand gelangen, die Aufgabe zu 4u Grunde, diese Gaserzeugungsvorrichtung so auszubilden, daß die Kühlung hinsichtlich des Aufbaues der Wirksamkeit und der Ungefährlichkeit auch bei langer Lagerzeit unproblematisch ist, sowie daß das Problem der Giftfreiheit des Aufblasgases wirksam und auf einfache Weise gelöst wird.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß als Kühlmittel ein Leitkörper 59, 27, bestehend aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, gegebenenfalls zusammen mit 5» einem weiteren, in der Kühlkammer vorliegendem festem, teilchenförmigen und endotherm mit den Brenngasen reagierenden Kühlmittel 72, 91 vorgesehen ist, und daß sowohl das Kühlmittel als auch der Brennstoff in Verbindung mit der Zündmasse aus einem solchen Material bestehen, daß sie keine beachtliche Menge für Menschen giftiger Gase erzeugen.

Bei der erfindungsgemäßen Gaserzeugungsvorrichtung sind somit die Aufblasgase originär ungiftig, so daß alle Probleme mit der nachträglichen Entgiftung entfallen. Die Kühlung kann sehr einfach gestaltet werden, sie ist auch nach einer langen Lagerzeit sofort betriebsbereit und wirft auch in dieser Zeit keine Lagerprobleme auf. Bewegte Teile sind nicht vorhanden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 einen seitlichen Zentralschnitt einer ersten Ausführungsform des Gasgenerators,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie JIi-IIl de. Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht, grundsätzlich im Längsschnitt, einer zweiten Ausführungsform des Gasgenerators,

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII der Fig. 3,

Fig. 5 einen zweiten Querschnitt entlang der Linie IX-IX der Fig. 3,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform des Gasgenerators und

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie XI-XI der Fig. 6.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators 16. Er weist ein Gehäuse 17 aus einem festen, zylindrischen Aluminiumstück mit zwei parallelen Bohrungen 18 und 19 auf. Ein fester Brennstoff 20 ist in der größeren Bohrung 18, die die Verbrennungskammer bildet, angebracht, und zwar in der Form von Streifen oder in Stäben, wie in Fig. 2 gezeigt isi. Kleine Durchführungen 21 verbinden die zwei Bohrungen, so daß die Gase von der einen in die andere strömen können. Eine Zündmasse 22 füllt die kleinere Bohrung 19, wobei eine kleine elektrische Zündladung 23 in engem Kontakt mit der Zündmasse 22 steht und über elektrische Leiter 24 von außen zündbar ist. Eine Austragsöffnung 26 fuhrt von der größeren Bohrung 18 zum Äußeren des Gehäuses 17. Ein Leitkörper 27, der sowohl als Diffusor als auch als Wärmesenke für die Absorption der von dem Aufblasgas kommenden Wärme dient, ist über der Öffnung 26 mittels Klammern 28 angebracht, wobei die Klammern an dem Leitkörper 27 angeschweißt und vermittels Schrauben 29 am Gehäuse 17 befestigt sind. Die Kanten 30 eines Luftkissens 15 können an den Seiten des Gehäuses 17 angeschweißt sein. Der Leitkörper 27 kann aus irgendeinem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein, wie z. B. Messing, bronze, Kupfer oder Aluminium. Die äußeren Enden der Bohrungen 18 und 19 sind mit Gewinde versehen und durch Gewindestopfen 31 und 32 abgedichtet. Das Gehäuse 17 ist außen mit einem Gewinde versehen, damit es in der Steuersäule 34 eines Autos einschraubbar ist.

Nach Empfang eines elektrischen Signals zündet die Zündladung 23 die Zündmasse 22, die ihrerseits Flammgase erzeugt, die durch die Durchführung 21 strömen und den festen Brennstoff 20 zünden. Gase von der Verbrennung des Brennstoffes 20 strömen dann durch die Öffnung 26 und treffen auf den Leitkörper 27, welcher die Gase sowohl verteilt als auch sie durch Absorption von Wärme kühlt. Die Kühltätigkeit wird durch die Eigenschaft des Gehäuses 17 als Wärmesenke begünstigt, wobei das Gehäuse auch vorzugsweise aus einem festen Aluminiumblock hergestellt werden kann. Die Zerstreu- oder Diffusionstätigkeit des Leitkörpers 27 ist in erster Linie deshalb vorgesehen, um eine Beschädigung des Kissens 15 zu vermeiden. Die vorbeschriebene Kühlung kann die Temperatur der Aufblasgase von etwa 1300⁰C auf etwa 110 "C verringern.

Die Zündladung 23 ist aus einem mit einem kleinen Durchmesser versehenen Widerstandsdraht 35 hergestellt, der von einer kleinen Menge einer Zündmasse 36 umgeben ist, die aus folgenden Bestandteilen hergestellt ist: 50 Gewichtsprozent Bleistyphnat, 24% Ka-

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liumperchlorat, 24% gepulvertes Zirkonium und 2% 20 radial entlang der Wand der Brennkammer 64 aneines organischen Bindemittels. gebracht. Wenn die Zündladung 23 gezündet wird. Eine typische Zündrnasse 22 weist gewichtsmäßig strömen Flammgase von der Verbrennung der Zündfolgendes auf: masse 22 durch die zwei Reihenlöcher 67, die gegen _B I 23 86^O/ 5 den festen Brennstoff 20 für dessen Zündung gerichtet Kaliumnitrat \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\'.Ί\\\Ί% ^sinJ ⁰J ^Gas.f ^VOn ^^er Verbrennung des festen Brenngranuliertes Nylon 3,96% stoffes 20 strömen durch eine Öffnung 68 im IcI 63

pulverförmiges Graphit 0,99 % '" em D.rfusorrohr 69. Dieses hat einen relativ kleinen

^K Durchmesser, ist zentral in der Kuhlmittclkammer 70 Der feste Brennstoff 20 stammt aus der Familie \o angeordnet, erstreckt sich längs zu dieser und weist brennbarer Stoffe, die ähnlich den festen Kraftstoffen eine Mehrzahl von Löchern 71 auf, die es den Brennfür Raketen sind, und ein Bindemittel aufweisen, gasen ermöglichen, durch die Teilchen des festen Kühlweiches ein hochoxydiertes Polymer mit nur Kohlen- mittels 72 zu diffundieren, die den Raum in der Kühlstoff, Wasserstoff und Sauerstoff ist, sowie ein Härte- mittelkammer 70 rund um das Diffusorrohr 69 füllen, mittel besitzt, das dieselben Elemente aufweist. Das 15 Eine Mehrzahl von Löchern 73 in jenem Teil des Gas-Bindemittel-Sauerstoffträgerverhältnis ist so eingestellt, generatorgehäuses 61, das die Wand der Kühlmitteldaß es weniger als 0,1 % Kohlenmonoxid, weniger als kammer 70 bildet, erlaubt es den vorgekühlten Gasen, 1,0% Methan und nur Spuren von Wasserstoff auf- in das Leitkörperrohr 59 zu strömen, wo sie weiter weist, d. h. weitgehend giftfrei sind. In Gewichts- verteilt und gekühlt werden.

Prozenten ist eine typische Zusammensetzung dieses 20 Die Teilchen des festen Kühlmittels 72 sind aus trok-

festen Brennstoffes folgende: kenen Chemikalien hergestellt, die endotherm zur

Gasentwicklung in Gegenwart von Wärme reagieren

(C₂₁₀H_2-65O₁₁₀, gesättigt, mit Carboxyl- Spezielle Materialien, die zu diesem Zweck geeignet

endgruppen, flüssiges Polyester- sind, weisen Natriumbicarbonat (NaHCO_n), Eisen-II-

polymer) 14,32% 25 Oxalat (FeC₂O₄ · 2 H₂O) und Oxalsäure (CoH₂O,

Epoxyharz (Diglycidäther von · 2 H₂O) auf. Diese Materialien haben ziemlich niedrig-

Bisphenol A) 3,58% Zerfallstemperaturen, snid hochendotherm und ent-

Härtungskatalysator wickeln Gase ohne beachtliche Giftigkeit.

(z. B. Eisenlinolat) 0,!0% Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in

Kaliumperchlorat 81,83% 30 den Figuren 6 und 7 gezeigt. Ein rohrförmiges Gehäuse

Alon (Al₂O₃) 0,17% 75 ist durch eine Endplatte 77 am Austragsende 76

verschlossen, wobei in der Endplatte 77 eine Haupt-

Im folgenden sind für diesen Brennstoff typische austragsöffnung 78 angeordnet ist. Das Gehäuse 75

gemessene Brennstoffprodukte in Gewichtsprozent an- ist am anderen Ende durch Gewindeeingriff mit einem

gegeben, wenn der Brennstoff in einem 281 kg/cm²- 35 Zündpfropfen 79 verschlossen. Der Zünder 80 ist in

Druckkessel abgebrannt ist. eine Borhung 81 im Pfropfen 79 eingebaut, die bei

Kohlendioxid 75.0% einer Öffnung 82 endet. Diese öffnung kann die F lamm-

Kohlenmonoxid (CO) .............. \',\ % S^{ase von dem} Zünder 80 auf den festen Brennstoff 20

Methan (CH ) 0,2% richten, der in der Brennkammer 83 in einer Weise

Sauerstoff . .* 6J% ⁴° angeordnet ist, wie sie im Zusammenhang mit der

Stickstoff 7|o% vorhergehenden Ausführungsform der Erfindung beWasserstoff.... Spuren schrieben worden ist. Die Brennkammer 83 ist neben

Stickstoffoxide ......... weniger als 90 ppm ^dem Zündpfropfen 79 durch ein Querteil 84 mit darin

befindlicher, nach außen schräg laufender erster Aus-

Eine zweite Ausführungsform eines Gasgenerators 45 tragsöffnung 85 gebildet. Die Öffnung 85 ist durch ist in den Figuren 3, 4 und 5 gezeigt. In dieser Aus- einen Klebestreifen 86 abgedichtet. Der Zünder 80 führungsform strömen die von dem festen Brennstoff weist dieselben Elemente auf, die bei vorhergehenden erzeugten Gase durch feste Partikel, die endotherm Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden reagieren und Kühlgase erzeugen, welche sich mit den sind, z. B. die elektrische Zündladung 23 und die Zündvon dem festen Brennstoff erzeugten mischen. Ein 50 masse 22. Die Zündöffnung 82 ist mit dem Band 86 rohrförmiger Leitkörper 59, der an beiden Enden abgedichtet, die leicht von heißen Gasen abgeblasen geschlossen ist, weist in seiner einen Seite eine Mehr- werden kann, wenn der Zünder gezündet wird,
zahl von Löchern 60 auf. Ein kleineres Rohr 61 dient Ein Leitkörper 27, der mit dem in Fig. 1 gezeigten als Gehäuse für den Gasgenerator. Dieses Rohr ist an identisch ist, ist außen über der Austragsöffnung 78 seinen Enden ebenfalls durch Endkörper 62 geschlos- 55 angeordnet und von dieser durch Klammern 58 beabsen. Das Gasgeneratorgehäuse 61 ist exzentrisch im standet. Jede Klammer ist an einem Ende an dem Innern des Leitkörperrohres 59 angebracht. Das Ge- Leitkörper 77 und am anderen Ende an der Endplatte häuserohr 61 ist dabei durch ein Querteil 63 in zwei 77 angebracht. Er dient dem gleichen Zweck wie die Kammern geteilt. Eine dieser Kammern ist die Brenn- Leitplatte gemäß Fig. 1. Ein kurzes Rohr 88 ist innen kammer 64. Der Zünder 65 weist ein kleines Rohr 66 60 auf der Endplatte 77 in Ausfluchtung zur Hauptauf, das mit der Zündmasse 22 in Verbindung mit anstragsöffnung 78 angebracht. Das innere Ende dieses einer elektrischen Zündladung 23 gefüllt ist, wobei die Rohres 88 ist mit einer leicht entfernbaren Dichtung Zündladung von außen zugängliche elektrische Lei- abgedichtet, wie z. B. ein Klebband 89. E^ne Kühltungen 24 aufweist Das Zündrohr 66 ist an der Innen- kammer 90, die zwischen der Fndplatt? 77 und dem seite der Wand der Brennkammer 64 befestigt. Gegen- Teil 84 gebildet ist, ist mit einem festem Kühlmittelüber dem Zünder 65 sind Streifen von festem Brennstoff 65 material 91 gefüllt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Die Erfindung bezieht sich auf Gaserzeugung*™-ricSn^etzum^aufb.asbarer Gegenstände ,η der

Patentansprüche:

,. Gaserzeugungsvorrichtung zum Fülle, auf- ^^^^S^^ blasbarer Gegenstände in der Gegenwart von 5 ^«lend *n Bede,ut ^ ^ _{LuftJ)UMpe ge}. Menschen mit einer eine Ausströmöffnung auf- stände ^dlf^er A"J°ⁿ „ _andere aufblasbare Geweisenden Druckkammer, in der sich fester Brenn- füllt werden können, ™"^" J^ _{sehr schnell und} stoff, der beim Brennen das Aufblasgas erzeugt genstande, ^w« f?" J^_we*_den. übliche Mittel zum zusammen mit einer Zündeinrichtung befindet und automatisch ^auff ™J_st_{ande we}isen gewöhnlich mit einer der Austragsöffnung nachgeschalteten io Aufblasen soIcher ^gens» ^, _auf>
der Kühlkammer, in der ein Kühlmittel mit den aus komprimiertes O« '" _exD,_osive Mittel geöffnet wird, der Austragsöffnung entweichenden heißen Gasen durch ^^™^^? ™ doch nachteilig, insbereagiert und diese kühlt, bevor sie giftfrei in den Diese Ar des Au blasen* .s J _{n der Gas}. aufblasbaren Gegenstand, gelangen dadurch sondere im Hinblick aiu α _{d bekannten} gekennzeichnet, daß als Kühlmittel ein i₅ erau^ngsvomehtung zum^Auto _Fahr. Leitkörper (59, 27), bestehend aus einem Material Sicherheitskissen fur von Menscn^n g mit hoher thermischer Leitfähigkeit, gegebenenfalls zeuge _{ichtung mit} komprimiertem Gas ist zusammen mit einem weiteren, in der Kuhlkammer Eine A u fblasvorr entung m ^ _{eschickt zu} vervorliegendem festen, teilchenförmigen und endo- nftmhch ^Λ^^^ Aufomobilhersteller therm mit den Brenngasen reagierenden Kühlmittel ™ packen z. B. in die ™^^U _{kbehalter mit ko}mpri-(72, 91) vorgesehen ist, und daß sowohl das Kül, - betrachten «^^^S Vorrichtungen, die mittel als auch der Brennstoff in Verbindung mit miertem Gas, '"⁵^Sf_nJ ^C _werden, als Gefahr be. der Zündmasse aus einem solchen Material be- mit explosiven Mittel' ^""^ _fahrlich bei der stehen, daß sie keine beachtliche Menge für Men- der Montage. s,e sindI dato «gjg£ _{und sie} sehen giftiger Gase erzeugen. *5 Verladung, de J±f"^[™ _der ständigen
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet neigen zu _ Unzuvertassigk£*" ^weS _mehreren

durch einen äußeren rohrförmigen Leitkörper (59), Möglichkeit ^d" ^f^^schließlich kann der

der Löcher (60) aufweist, durch die das Aufblasgas Jahren m einem K«™ J™^ * _{b tempera}.

ausströmt, der an beiden Stirnseiten verschlossen Druck im Behalter durch hohe umg g

ist und der exzentrisch ein rohrförmiges Innen- 30 tureη gefährlich «"sen^ _Gaserzeugungsvor-

gehäuse (61) mit kleinerem Durchmesser aufnimmt, Aus d.esen Gründen wird eine t ⁶

das an den beiden Stirnseiten (62) des Leitkörpers richtung mit estern Brennstoff J ^s

befestigt ist und ein Querteil (63) mit einer Öffnung quelle zum Aufblasen r⁵«™¹

(68) aufweist, welches das Innengehäuse (61) in die Sie kann nämlich in

Brennkammer (64) und die Kühlkammer (70), die 35 sicherer und «ber »ange

Gasdurchtrittsöffnungen (73) besitzt, teilt, wobei als das komprimierte G^as

sich von der Öffnung (68) im Querteil ein Verteiler- solche Gf^^j^

h i Ailöh (71) i di Kühlkmmer Patent

sich von der Öffnung (68) im Querteil ein Verteiler so f^^j^Ä^

rohr mit Austrittslöchern (71) in die Kühlkammer Patentschrift 3 336 04 i beschr,eoen.

hinein erstreckt zwecks Verbesserung eines schnei- Die von solchen ^v°^rn^""f "^Sßens del

len Kontaktes der Brennstoff gase mit den Kühl- 40 müssen jedocli1 wegen der Ge.ah des; Ze rreiUens öes

teilchen (72), die zwischen dem Verteilrrohr und aufblasbaren Kissens fur ^de"^

der Innengehäusewand verteilt sind. kühl genug sein, um em
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Insassen zu vermeiden Die

gekennzeichnet, daß die fein granulierte Brennstoff- len Aufblasens erfordert

Ld näherungsweise folgende Gewichtspro- ₄₅ ^^^^^

zente aufweist. _{drückt dje κ}^ ^. _{ejnem typ},_sch Unfall den