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Gasgenerator
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasyenerator, insbesondere fr
Sicherheitseinrichtungen bei Fahrzeugen, wie etwa zum Antrieb von Schnelldrehvorrichtungen
für Sicherheitsgurte, wobei der Gasgenerator eine Brennkanmer aufweist, in der granulatförmiger
Treibstoff mit einer zur zügigen Verbrennung ausreichenden Ladedichte (Verhältnis
von Treibstoffmasse zu Brennkammervolumen) gelagert ist.
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Gas generatoren werden überall dort eingesetzt, wo innerhalb sehr
kurzer Zeit ein bestimmter Gasdruck aufgebaut oder eine bestimmte Menge erzeugt
werden soll. Gasgeneratoren werden etwa zum Aufblasen v n Luftkissen verwendet,
die in Fahrzeugen die Fahrzeuginsassen bei einem Unfall abfangen; ferner werden
Gasgeneratoren in Verbindung mit Aufwickelvorrichtungen für Sicherheitsgurte in
Fahrzeugen oder zum Aufblasen von Schlauchbooten etc. eingesetzt.
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So ist z.B. aus der DT-OS 25 10 514 bekannt, einen Gasgenerator in
Verbindung mit einer Schnelldreheinrichtung für einen Sicherheitsgurt zu verbinden.
Hierbei ist die Aufwickelvorrichtung als Drehkolben ausgebildet, wobei der Gasgenerator
in einer Hohlwelle der Schnelldreheinrichtung angeordnet ist und die Treibgase durch
Düsen in der Welle auf zwei Flügel einwirken, die in einer Ringkammer angeordnet
sind und den Sicherheitsgurt durch annähernd zwei Umdrehungen aufwickeln.
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Der Treibstoff derartiger Gas generatoren ist im allgemeinen granulatförmig
und liegt in der Brennkammer in einer gewissen
Ladedichte, das ist
das Verhältnis von Treibstoffmasse zu 3rennkammervolumen, vor. Für eine einwansfreie
Verbrennung und zügige Treibgas entwicklung sind beide Faktoren, nämlich Granulatgröße
und Ladedichte, wesentlich. Ist die Granulatgröße zu klein oder wird gar der Treibstoff
pulverisiert, so kann eine verpuffungsartige Verbrennung auftreten, die den Gasgenerator
und die damit verbundenen Einrichtungen, z.B.
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die Aufwickelvorrichtung für einen Sicherheitsgurt zerstört.
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irå die Ladedichte etwa durch Verdichten des Treibstoffes zu groß,
so kann ebenfalls eine zu starke, zu den gleichen Folgen führende Verbrennung auftreten.
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Dieses Problem tritt besonders bei Gasgeneratoren auf, die in Fahrzeugen
eingebaut sind, da hier durch die Fahrzeugerschütterungen der Treibstoff, sofern
er lose in der Brennkammer des Gasgenerator gelagert ist, langsam pulverisiert wird.
Ein Zusammenpressen des Granulats während des Betriebs des Fahrzeuges verbietet
sich ebenfalls ausden oben genannten Gründen.
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Es ist vorgeschlagen worden, (vgl. die Patentanmeldung P 26 20 067.9-22)
die Brennkammer des Gasgenerators durch eine Platzmembran zu unterteilen, wobei
während des Betriebes des Fahrzeuges durch die Platzmembran der granulatförmige
Treibstoff festgehalten wird und daher nicht pulverisiert werden kann- Erst beim
Zünden des Treibstoffes wird die Platzmembran zerstört, wodurch der Restraum der
Brennkammer als zusätzlicher Brennraum freigegeben wird. Hierdurch wird auch die
gewünschte Ladedichte bei der Verbrennung des Treibstoffes erreicht.
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Die bei bekannten Gasgeneraotren auftretenden Probleme hinsichtlich
der Pulverisierung des Treibstoffes und der Einstellung der Ladedichte werden gemäß
diesem Vorschlag überwunden; gleichwohl muß dafür Sorge getragen werden, daß nach
der Zerstörung der Platzmembran die Brennkammer bis auf die
Stellen,
an denen die Treibgase zum Antreiben der AufwickelvorrIchtung eines Sicherheitsgurtes
austreten, gasdicht verschlossen gehalten wird. In die Brennkammer münden verschiedene
Zuführungsleitungen, seien es elektrische oder pyrotechnische Leitungen zum Anzünden
des Treibstoffes oder Leitungen für elektrische Schutzschaltungen; die Durchbruchs
teilen für diese Leitungen r;asser daher sorgfältig abgecichtet werden.
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Der ~r~,l.aung liegt cle Aufgabe zugrunde, für einen Gasgenerator
der eincãnrs .nannten Art eine neue tsorstruktion zu schaffen, mit der bei der Verbrennung
des Treibstoffes die gewünschte Ladedichte erreichbar ist und gleichzeitig vor dem
Zünden des Treibstoffes dessen Pulverisierung vermieden wird und mit der erreicht
wird, daß die Brennkammer nach der Zündung und der Verbrennung des Treibstoffes
absolut gasdicht gehalten wird.
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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die als
Zylinder ausgebildete Brennkammer durch einen Kolben unterteilt ist, der den noch
nicht gezündeten Treibstoff in einem Bereich der Brennkammer zusammenhalt und nach
Anzündung des Treibstoffes durch den dabei auftretenden Gasdruck in eine Lage überführbar
ist, in der die Brennkammer nach außen, insbesondere im Bereich von Zuführungsleitungen
durch den Kolben gasdicht abgedichtet und in der die gewünschte Ladedichte vorhanden
ist.
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Gemäß der Erfindung wird daher die als Zylinder ausgebildete Brennkammer
durch einen verschiebbaren Kolben unterteilt, der gegenüber der Brennkammerwand
abgedichtet ist. Hierdurch wird der granulatförmige Treibstoff vor der Anzündung
zusammengepreßt, so daß er nicht durch Vibrationen pulverisiert werden kann. Mit
dem Kolben wird auch die Brennkammer gasdicht verschlossen. Auch nachdem der Kolben
nach der Anzündung des Treibstoffes in seine Endlage verschoben ist, bleibt die
Brennkammer
nach außen abgedichtet, da durch den Kolben ein gasdichter
Verschluß sehr einfach aufrechterhalten werden kann. Die Durchbruchstellen der in
die Brennkammer eIngeführten Zuführungsleitungen werden in der Endlage des Kolbens
automatisch durch diesen abgedichtet, so daß sonst bei der Herstellung der Durchbruchstellen
notwendige sors*~ältige hbdlchtungen gemäß der Erfindung nicht notwendig sind. Zuführungsleitungen
zum Anzünden äes Treibstofes werden vorzUc:se1se l tlg durch den Kolben hindurchgeführt
und in die Brennkammer an einer Stelle eingeleitet, die in der Endlage des Kolbens
durch diesen abgedichtet ist.
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Die Zuführungsleitungen zum Anzünden des Treibstoffes und evtl.
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weitere Leitungen sind hierbei vorzugsweise an der durch die Seitenfläche
des Kolbens in seiner Endlage abgedichteten Zylinderwand in die Brennkammer geführt.
Die Zuführungsleitungen werden somit an ihrer Durchdringungsstelle in die Brennkammer
bei dem Überführen des Kolbens in seine Endlage abgeknickt oder abgesochert, so
daß dadurch die Brennkammer absolut gas dicht nach außen verschlossen wird.
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Es hat sich gezeigt, daß bei in Fahrzeugen verwendeten Gasgeneratoren
vorteilhaft der Treibstoff pyrotechnisch mittels einer Zündschnur angezündet werden
sollte. Hier wird das durch den Kolben geführte, in den Treibstoff hineinragende
freie Ende der Zündschnur mit einer Initialladung und einem Bindemittel gasdicht
verklebt. Bei einer pyrotechnischen Anzündung des Treibstoffes erübrigen sich spezielle
elektrisch anzusteuernde Zündpillen innerhalb des Treibstoffes, vor allem treten
bei einer pyrotechnischen Zündung im Gegensatz zu einer elektrischen Zündung keine
Probleme hinsichtlich einer elektromagnetischen Abschirmung auf.
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Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung
näher dargestellt. In dieser stellen dar:
Fig. 1 einen Gasgenerator
gemäß der Erfindung für granulatförmigen Treibstoff in Verbindung mit einer Schnelldreheinrichtung
für eine Aufwickelvorrichtung eines Sicherheitsgurtes und die Fig. 2 den Gas generator
gemäß Fig. 1 nach Zündung des Treibstoffes.
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In einem m t einem Endflansch í versehenen Hohlzylinder 2 ist ein
G sYenerator 3 mit Cranulatförrnigein Treibstoff 4 angeordnet. In dem Hohlzylinder
ist eine an dessen Wand anliegende Hülse 5 mit einem Boden 6 eingesetzt, die im
in der Fig. 1 gezeigten rechten dem Boden zugewandten Bereich verengt ist und in
diesem Bereich von einer an der Wand des Hohlzylinders anliegenden Hülse 7 ummantelt
ist. Die Hülse 5 weist im Bereich der Hülse 7 einen Durchbruch 8 auf.
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Die Hülse 5 mit dem Boden 6 und die Hülse 7 bilden das Gehäuse des
Gasgenerators und schließen dessen Brennkammer 9 ein. Die Brennkammer ist durch
einen Kolben 10 unterteilt, der in der Hülse 5 verschiebbar gelagert ist und gegen
diese mittels eines O-Ringes 11 an seinem Umfang abgedichtet ist.
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Der Kolben 10 weist an seinem dem Treibstoff entgegengesetzten Ende
eine keilförmige Verjüngung auf, gegen die ein ringförmiger Wulst 12 in der Hülse
5 beim Zusammenbau des Gasgenerators 3 eingerollt wird, wodurch der Kolben 10 in
seiner Lage fixiert ist.
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Der Kolben 10 ist in der Brennkammer 9 so weit eingeschoben, daß der
granulatförmige Treibstoff 4 zusammengepreßt ist und auch bei Vibrationen die Granulatkörper
des Treibstoffes sich nicht gegenseitig abreiben; der Treibstoff kann daher nicht
pulverisiert werden.
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Der Kolben 10 weist eine mittlere Bohrung 11 auf, die auf der dem
Treibstoff 4 zugewandten Seite aufgebohrt ist. Durch diese Bohrung ist eine pyrotechnische
Zündschnur, etwa eine NONEL-Schnur 14 soweit eingeführt, daß ihr freies Ende in
den Treibstoff 4 hineinragt. Die Zündschnur 14 ist in dern aufsebohrten Teil der
3ohrung 3 mit ein Kleber 5 gasdicht mit dem Kolben 10 verbunden. Das freie Ende
der Zündschnur 14 ist rnit eimer inItallacung C£, z.B. einem .ropfell aus Bleistyphnat
und elnem Bindemittel verschlossen, so daß der granulatförmige Treibstoff auch nicht
bei Vibrationen in die Zündschnur eindringen kann. Die Zündschnur 14 ist auf der
Brennkammer 9 auf der dem Treibstoff 4 entgegengesetzten Seite des Kolbens 10 am
Umfang der Hülse 5 durch eine Öffnung 17 herausgeführt.
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Die Zündschnur 14 ist im allgemeinen ein Kunststoffschlauch, auf dessen
Innenoberfläche ein Sprengstoff aufgetragen ist.
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Die Zündschnur führt in dem hier beschriebenen Falle in Verbindung
mit einer Aufwickelvorrichtung für eine Sicherheitsgurt zu einem nicht dargestellten
Sensor, der iin Falle eines Aufpralles des Fahrzeuges ein elektrisches Signal abgibt,
mit dem ein Detonator gezündet wird. Dieser Detonator initiiert den Sprengstoff
der Zündschnur 14, in dem sich eine Flammenfront mit hoher Geschwindigkeit fortbewegt.
Diese Flammenfront erreicht schließlich die Initialladung 16 rnit der der Treibstoff
4 des Gasgenerators gezündet wird. Nach Zündung des Treibstoffes wird der Kolben
Durch den sich aufbauenden Gasdruck in der Zeichnung gesehen nach links verschoben
und erreicht schließlichseine in der Fig. 2 dargestellte Endlage.
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Bei der Bewegung des Kolbens in die Endlage fährt der Kolben mit seiner
keilförmigen Verjüngung auch über die Öffnung 17, durch die die Zündschnur 14 eingeführt
ist und quetscht dabei die Zündschnur unter gleichzeitiger Abdeckung der Öffnung
ab.
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Die Brennkammer 9 ist hierdurch auf etwa das Doppelte vergrößert worden;
gleichzeitig bleibt die Brennkammer nach außen
gasdicht abgeschlossen.
In der Brennkammer 9 ist nunmehr die gewünschte Ladedichte, also das Verhältnis
von Treibstoffmasse zu Brennkammervolumen, erreicht, wodurch der Treibstoff zügig
abbrennt. Sobald sich in der Brennkammer 9 ein kritischer Gasdruck aufgebaut hat,
birst die Hülse 7 in einem Bereich innerhalb des Durchbrucis S der Hülse 5, lrl
dem in dem Hohlzylinder 2 Gasaustrittsöffnungen 18 vorgesehen sind. Die Treibgase
beaufschlagen hierdurch in nur zu weise carges ellLcn Rlngkarnnern 19 Drehflücel
20, die in hier nicht naher interessierender Weise mit einer Schnelldreheinrichtung
für die Aufwickelvorrichtung von Sicherheitsgurten verbunden ist; eine genaue Konstruktion
dieser Schnelldrehvorrichtung ist der bereits oben erwähnten Patentanmeldung DT-OS
25 10 514 der Anmelderin zu entnehmen.
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Bei dem beschriebenen Gasgenerator dient demnach der Kolben gleichzeitig
als Zündschnur-Haltering und als Dichtelement, sowohl was die notwendige Einführung
der Zündschnur als auch die Abdichtung des Gasgenerators nach der Zündung des Treibstoffes
nach außen betrifft. Ferner wird mit dem Kolben die Ladedichte reguliert, indem
er sofort nach dem Anzünden des Treibstoffes den notwendigen Zusatzbrennraum freimacht.
Ein Gasgenerator gemäß der Erfindung ist daher bei allen Betriebszuständen, d.h.
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vor der Zündung des Treibstoffes und nach der Zündung, absolut zuverlässig
einsetzbar.