DE3443325C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeu­ gen von Gas mit einem ein Filter, eine Kühlvorrichtung und einen Gasabführstutzen aufweisenden Gehäuse, in das neben einem gaserzeugenden Treibsatz ein Zünder zum Zünden des abbrennbaren Treibsatzes einsetzbar ist.

Eine Vorrichtung dieser Art ist zum Beispiel aus der DE-OS 25 38 386 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung besteht aus einem von Öffnungen durchsetzten Gehäuse, das durch eine poröse Trennwand in eine den Zünder aufnehmende Brennkammer und eine Kühlkammer unterteilt ist. Beim Ab­ brennen des in der Brennkammer enthaltenen Treibsatzes durch Zünden eines Zünders entsteht das gewünschte Gas, das durch die poröse Trennwand gesiebt und von der Kühl­ kammer gekühlt wird. Das auf diese Weise erzeugte Gas strömt dann durch die Öffnungen des Gehäuses zum bestim­ mungsgemäßen Gebrauch.

Die zuvor beschriebene Vorrichtung ist in der Lage, die lieferbare Gasmenge in extrem kurzer Zeit (ca. 10 bis 100 Millisekunden) freizusetzen und findet daher besondere Anwendung als Gaserzeuger für Sicherheitskissen (Airbag- Gaserzeuger). Neben der nicht für alle Zwecke geeigneten kurzen Abbrenndauer ist auch das Massenverhältnis unbefrie­ digend, da die gesamte Masse des Gaserzeugers im Ver­ hältnis zur erzeugbaren Gasmasse sehr hoch ist.

Weiterhin ist aus der DE 23 64 140 B2 ein Gehäuse für Gaserzeuger bekannt, das aus einer zylindrischen Innenwand und einer zylindrischen Außenwand besteht. Der Zwischen­ raum zwischen beiden mit Gasdurchlässen versehenen zylin­ drischen Wänden ist mit einem von einem Drahtgewebe oder einer Glaswolle umhüllten porösen Filterelement ausge­ füllt, welches bei der Gaserzeugung neben der Filterung auch eine Kühlung des erzeugten Gases bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zum Erzeugen von staubarmem Gas geringer Tempera­ tur mit einem geringen Verhältnis von Gesamtmasse zur er­ zeugbaren Gasmasse zu schaffen. Gleichzeitig ist es Aufgabe der Erfindung, die Gaserzeugung auf mittlere Betriebs­ zeiten auszudehnen. Diese Aufgaben sind durch die Kennzei­ chenmerkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil eines hohen Leistungsgewichtes, d. h. das Massenverhältnis aus Gesamtmasse zur erzeugbaren Gasmasse ist gegenüber bekann­ ten Vorrichtungen erheblich geringer. Vorteilhaft ist es auch, die Öffnungen im dosenförmigen Einsatz am oberen Rand des nicht von der Füllung erreichten zylindrischen Dosenteils vorzusehen und durch ein Edelstahlsieb an der Innenseite sowie eine Aluminiumfolie auf der Außenseite abzudecken. Eine solche Maßnahme bietet die Möglichkeit, den hermetisch verschlossenen Treibsatz gegen Umweltein­ flüsse geschützt außerhalb der Vorrichtung zu lagern und lediglich bei Bedarf in die Vorrichtung einzusetzen. Hier­ bei wird der mit dem Treibsatz und einer Zündhilfe gefüll­ te Einsatz mit seiner Bodenseite zuerst in das Filterrohr eingesetzt,wobei die Abdeckung des Einsatzes ein mit einer Folie abgedecktes Loch für den Zünder aufweist und auf seiner Innenseite mit filzartigem Isolierstoff be­ schichtet ist. Der Zünder kann hierbei aus einem in den Deckel einsetzbaren Zündsatz und einem getrennt lagerba­ ren, bei Bedarf in das Loch des Deckels einsteckbaren Zündauslöser bestehen. Eine solche Maßnahme hat den Vorteil, ungewollte Auslösungen des Zünders zu verhindern.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind den Ansprüchen 4 bis 17 zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher dargestellt.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Gaserzeugung im Teilschnitt zu sehen, in die ein fester Treibsatz 1 vorzugsweise aus einem Gemisch von NaN₃, B₂O₃ und S, zum Beispiel aus gepreßten und verklebten Tabletten 2, einge­ setzt ist. Ein vorteilhaftes Merkmal ist hierbei darin zu sehen, daß der Treibsatz 1 mit einer etwa 3 mm dicken Gewebeisolation 4 aus Al₂O₃-Fasern umwickelt wird, so daß lediglich seine obere Stirnfläche frei bleibt. Diese Stirnfläche ist mit einer dünnen Scheibe aus pyrotechni­ schem Material 5 (zum Beispiel einer Mischung aus B und KNO₃) als Zündhilfe abgedeckt. Für den Treibsatz 1 wird - wie bereits erwähnt - ein Gemisch aus Natriumazid NaN₃, Bortrioxid B₂O₃ und Schwefel S benutzt. Ein solcher Treib­ satz kann nach der Aufbereitung und Mischung ohne Probleme aufbewahrt und gelagert werden.

Das Herstellen von Tabletten kann mit und/oder ohne Kleb­ zusatz erfolgen, wobei die Tabletten auch ein Durchgangs­ loch, zum Beispiel glatt oder sternförmig, zur Beeinflus­ sung der Abbrandcharakteristik aufweisen können. Es ist aber auch ein Treibsatz 1 aus geschütteter Pulvermischung bzw. Granulat mit einer flachen Zündhilftablette möglich.

Der isolierte Treibsatz 1 steckt in einem dünnwandigen dosenförmigen Einsatz 6, der für eine hermetische Abschir­ mung des Treibsatzes gegen Umwelteinflüsse während der Lagerzeit sorgt. Der Treibsatz ist an seiner oberen Stirn­ fläche durch ein Edelstahlsieb 7 abgedeckt, dessen Aufgabe darin besteht, einen möglichst hohen Anteil der festen Reaktionsprodukte zurückzuhalten. Dieses Sieb hat ein Loch an der Stelle, wo der Zündstrahl auf das pyrotechni­ sche Material 5 der Zündhilfe treffen soll. Der dosenför­ mige Einsatz 6 besitzt eine Reihe von Öffnungen 8 zur Gas­ abströmung. Diese sind bevorzugt ringförmig im zylindri­ schen Teil des Einsatzes 6 oberhalb der Stirnfläche des Treibsatzes 1 angeordnet, von innen mit Edelstahldrahtge­ webe 9 (zum Beispiel 0,64 mm Maschenweite) abgedeckt und von außen mit Aluminiumfolie 10 abgedichtet. Eine weitere Öffnung, die ebenfalls mit Aluminiumfolie zugeklebt ist, befindet sich in der Mitte der Treibsatzabdeckung, welche der Treibsatz-Stirnfläche zugeordnet ist. Diese Öffnung wird bei der Einsatzvorbereitung des Gaserzeugers vom vorzugsweise als pyrotechnischer Zündsatz 11 ausgebildeten Zünder durchstoßen. Die zünderseitige Abdeckung ist von innen mit filzartigem Isolationsmaterial 27 aus Al₂O₃- Faser abgedeckt, um den Wärmefluß von und durch den ausgebrannten Zündsatz 11 zu reduzieren.

Die bevorzugte Ausführungsform für einen pyrotechnischen Zünder besteht aus zwei Teilen, und zwar einem Verzöge­ rungs- und Zündsatz 11, der bei der Integration des Gaser­ zeugers bereits eingebaut wird und einem Abreiß-Auslöser 12. Der Abreiß-Auslöser 12 wird vorzugsweise erst unmit­ telbar vor dem Einsatz eingeschraubt, um den Verzögerungs- und Zündsatz 11 und damit auch den Treibsatz 1 zur Reakti­ on zu bringen. Diese Konfiguration verhindert eine unge­ wollte Aktivierung des Treibsatzes 1 nach Einbau in die Gaserzeuger-Vorrichtung.

Nach Auslösung des Zünders brennt der Treibsatz 1 ab, und das staubbeladene, heiße Gas, in der bevorzugten Ausfüh­ rungsform mit einer Temperatur von etwa 1000°C, strömt in den Raum zwischen das Filterrohr 13 und den Einsatz 6, wo sich der größere Staubanteil ablagert. Das Filter­ rohr 13 der nachfolgend beschriebenen Bauart reduziert den Staubanteil auf Werte von 1 bis 2% des Reaktionsrück­ standes. Der überwiegende Anteil der festen Reaktionspro­ dukte verbleibt im Einsatz 6.

Das Filterrohr 13 ist ein zylindrischer, auf einer Seite geschlossener Behälter, dessen zylindrische Wände perfo­ riert sind. Die offene Mantelfläche des Zylinders beträgt mehr als 30% der Gesamtfläche. Der Aufbau des Filterrohrs 13 ist wie folgt:

In Strömungsrichtung des Gases kommt zuerst ein großes Edelstahlsieb 15, danach ein feines Edelstahlsieb 14 mit einer Maschenweite von unter 100 µm. Dann folgen drei Lagen eines 1,6 mm dicken, hochtemperaturfesten Keramikpa­ piers 16, das im wesentlichen aus verfilzten Al₂O₃-Fasern besteht. Die Lagen des Keramikpapiers 16 müssen falten­ frei eingebracht werden, da sonst die Gefahr einer schnel­ len Zerstörung besteht, weil dieses Material bei hohen Temperaturen keine große Festigkeit besitzt. Als letztes folgt eine Lage Stützsieb 17 mit zum Beispiel 0,64 mm Ma­ schenweite.

In diesem Filterrohr 13 wird der dosenförmige Einsatz 6 mit dem Treibsatz 1 derart eingesetzt, daß am oberen Rand der Dose durch Einlegen eines Ringes 18 aus flexiblem Iso­ lationsmaterial (zum Beispiel Filz als Al₂O₃-Fasern) und durch Verspannen des mehrfach geschlitzten Endteiles des Filterrohres mittels eines Spannbandes 19 ein weitgehend staubdichter Abschluß zwischen Einsatz 6 und Filterrohr 13 entsteht.

Das Filterrohr 13 mit dem eingesetzten Einsatz 6 wird in ein flaschenförmiges Gehäuse 20 eingesetzt. Das Gehäuse 20 zeichnet sich durch eine große innere Oberfläche aus, die außerdem so angeordnet ist, daß das heiße, staubarme Arbeitsgas dagegenprallt und dabei zur Erzeugung eines guten Wärmeüberganges zwischen Gas und Gehäuse 20 stark verwirbelt wird. In der dargestellten Ausführung besitzt das Gehäuse 20 eine große Anzahl dünner Querrippen 21, die nur einen kleinen Spalt bis zum Filterrohr 13 freilassen. Damit wird das Gas gezwungen, überwiegend in die durch die in den Rippen 21 vorgesehenen Kanäle zu strömen. Die Kanäle entstehen durch jeweils versetzte Bohrungsreihen 22 in den Rippen. Als bevorzugter Werkstoff für das Gehäuse 20 wird wegen des guten Wärmedurchganges eine Aluminium-Legierung vorgesehen. Das Gehäuse 20 hat außer­ dem die Aufgabe, die durchtretende Wärme an das umgebende Medium (zum Beispiel Wasser) weiterzuleiten. Die relativ niedrige Gehäusetemperatur führt auch dazu, daß die Kondensation dampfförmiger Stoffe in Arbeitsgas mit Tau­ punkten zwischen 200°C und 1000°C (im bevorzugten Ein­ satzfall Na) am Gehäuse 20, insbesondere den Querrippen 21 stattfindet.

Für Einsätze, bei denen eine drastische Temperaturabsen­ kung des Arbeitsgases von ca. 1000°C in der Reaktionszone auf ca. 200°C am Austritt des Gaserzeugers nicht von Wichtigkeit ist, kann ein Gehäuse 20 aus warmfestem Edel­ stahl benutzt werden. Das Gehäuse 20 ist zusätzlich be­ stimmt durch die geforderten Arbeitsgasdrücke. In bevor­ zugten Einsatzfällen können die Drücke im Bereich von etwa 2 bis 20 bar liegen. Die Konzeption des Gaserzeugers läßt bei entsprechender Druckfestigkeit des Gehäuses 20, auch Arbeitsgasdrücke um und über 100 bar zu.

Nach Einbau des Filterrohres 13 mit dem Einsatz 6 wird der Deckel 23 aufgesetzt und befestigt. Der Deckel 23 erfüllt im wesentlichen drei Funktionen, und zwar zum Halten des Zünders, zum Pressen eines Dichtringes 24 an den Einsatz 6 und damit des Filterrohres 13 gegen den halbkugelförmigen Boden des Gehäuses 20 und schließlich zum Einbau und Ausbau des Filterrohres 13.

Bei einem bevorzugten Einsatz (mit Wasser als umgebenden Medium) ist die Halterung des Zündauslösers 12 so ausge­ führt, daß das Wasser ständig diese Halterung kühlt, damit das Kunststoffgehäuse des bevorzugt eingesetzten Ab­ reiß-Zündauslösers 12 seine Festigkeit nicht verliert.

Das Abführen des erzeugten Gases erfolgt durch den Gasab­ führstutzen 25, der sich im halbkugelförmigen Boden des Gehäuses 20 befindet. Dieser Gasabführstutzen 25 kann auch eine Abströmblende 26, wie dargestellt, enthalten, um den Arbeitsgasdruck im Gehäuse 20 im Zusammenspiel mit den Arbeitsgaszuständen (Gastemperatur, Gaskonstante) festzu­ legen.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Gas mit einem einen Filter, eine Kühlvorrichtung und einen Gasabführstutzen aufweisenden Gehäuse, in das neben einem gaserzeugenden Treibsatz ein Zünder zum Zünden des ab­ brennbaren Treibsatzes einsetzbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das mit einem Deckel (23) verschließbare Gehäuse (20) eine flaschenartige Form aufweist, welches den Treibsatz (1) sowie eine Zündhilfe (5) als Füllung eines dosenförmigen, von einem Filterrohr (13) umgebenden Einsatzes (6) aufnimmt, daß am oberen Rand oberhalb des Treibsatzes (1) Öffnungen (8) im dosenförmigen Einsatz (6) vorgesehen sind, welche auf der Innenseite durch ein Edelstahldrahtgewebe (9) und eine Aluminiumfolie (10) auf der Außenseite abgedeckt sind und daß das erzeugte Gas durch die zunächst verschlossenen jedoch aufgrund des Gasdruckes aufgehenden Öffnungen (8) des Einsatzes (6) abfließt und über das an inneren Querrippen (21) des Gehäuses (20) anliegende Filterrohr (13) und Kanäle der Querrippen (21) zum eine Blende (26) aufweisenden Gasab­ führstutzen (25) strömt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der mit dem Treibsatz (1) und einer Zündhilfe (5) gefüllte Einsatz (6) mit seiner Bodenseite zuerst in das Filterrohr (13) eingesetzt ist und daß die Abdeckung des Einsatzes (6) ein mit einer Aluminiumfolie abgedecktes Loch für den Zünder (11, 12) aufweist und auf seiner Innenseite mit einem filzartigen Isolierstoff (27) beschichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zünder aus einem in den Deckel (23) einsetzbaren Zündsatz (11) und einem getrennt lagerbaren, bei Bedarf in das Loch des Deckels (23) einsteckbaren Zündauslöser (12) besteht.

4. Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Gehäuse (20) verschraubbare Deckel (23) mit der Stirnseite eines den Zündsatz (11) aufnehmenden Innenstutzens und einem Dichtungsring (24) den dosenförmigen Einsatz (6) und das Filterrohr (13) im Gehäuse (20) hält.

5. Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter­ rohr (13) aus mindestens einer Lage eines hochwarmfesten Keramikpapiers (16) und mehreren inneren bzw. äußeren Edelstahlsieben (14, 15, 17) besteht.

6. Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter­ rohr (13) an seinem den dosenförmigen Einsatz (6) aufneh­ menden Rand mehrfach geschlitzt ist und mittels eines zwischen Einsatz (6) und Filterrand angeordneten, flexib­ len Isolationsringes (18) und eines äußeren Spannbandes (19) staubdicht verschlossen ist.

7. Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dosenför­ mige Einsatz (6) mit einer Gewebeisolation (4) von mehr als 2 mm Stärke ausgekleidet ist.

8. Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dosenar­ tige Einsatz (6) zuerst mit dem Treibsatz (1) gefüllt und anschließend mit der Zündhilfe (5) abgedeckt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibsatz (1) und die Zündhilfe (5) aus flachen, dem Innendurchmesser des Einsatzes (6) angepaßten Tabletten (2) bestehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tabletten (2) aus einer gepreßten Pulvermischung mit und/oder ohne Bindemittel bestehen.

11. Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tabletten (2) ein Durchgangsloch, zum Beispiel Ring oder Innenstern, zur Beeinflussung der Abbrandcharakteristik aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 und 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Tabletten (2) des Treibsatzes (1) mittels eines geeigneten Bindemittels zu einem festen, zylinderförmigen Treibsatz verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibsatz (1) aus einer in den dosenförmigen Einsatz (6) geschütteten Pul­ vermischung besteht, die durch eine Zündhilftablette (5) abgedeckt und verschlossen ist.

14. Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der gefüllte dosenförmige Einsatz (6) durch ein ein Loch für den Zündsatz (11) aufweisendes Edelstahlsieb (7) abgedeckt ist.

15. Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20) aus einer Aluminiumlegierung besteht.

16. Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20) aus wärmefestem Edelstahl besteht.

17. Vorrichtung nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20) einschließlich des Deckels (23) zu Kühlzwec­ ken in Wasser getaucht ist.