EP4438133B1 - Schneidmittel für das öffnen einer membran - Google Patents

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EP4438133B1
EP4438133B1 EP24161065.8A EP24161065A EP4438133B1 EP 4438133 B1 EP4438133 B1 EP 4438133B1 EP 24161065 A EP24161065 A EP 24161065A EP 4438133 B1 EP4438133 B1 EP 4438133B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
hollow body
medium
arrangement
cutting
Prior art date
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Active
Application number
EP24161065.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4438133A1 (de
Inventor
Markus Spagl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diehl Aviation Gilching GmbH
Original Assignee
Diehl Aviation Gilching GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Diehl Aviation Gilching GmbH filed Critical Diehl Aviation Gilching GmbH
Publication of EP4438133A1 publication Critical patent/EP4438133A1/de
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Publication of EP4438133B1 publication Critical patent/EP4438133B1/de
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B7/00—Respiratory apparatus
    • A62B7/08—Respiratory apparatus containing chemicals producing oxygen
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B7/00—Respiratory apparatus
    • A62B7/14—Respiratory apparatus for high-altitude aircraft

Definitions

  • the invention relates to the opening of a membrane which has sealed a hollow body until this opening.
  • An example of such a hollow body is a media- or gas-tight housing of a chemical oxygen generator (COG).
  • COG chemical oxygen generator
  • the housing encloses an interior space.
  • a chemical core which, for example, predominantly contains hygroscopic sodium chlorate.
  • the interior of the COG is flooded with a medium, e.g., an inert gas such as helium or argon, and sealed in a media- or gas-tight manner.
  • a medium e.g., an inert gas such as helium or argon
  • a helium-tight seal is created.
  • an outlet opening of the housing is sealed with a media- or gas-tight membrane.
  • a media- or gas-tight membrane This separates the interior of the COG from the environment, among other things, by a membrane.
  • the membrane In order for the oxygen produced by the chemical core to be delivered to the target location/person, e.g., passenger, cabin crew, pilot, etc., the membrane must be opened in a controlled manner when needed to reliably allow sufficient oxygen to pass through. This opening of the membrane must be ensured by appropriate design.
  • the membrane is comparatively thin, for example, with a thickness of one tenth of a millimeter, is made of sheet metal, for example stainless steel, and is media-tight for the media in question, e.g. oxygen-tight or helium-tight.
  • a chemical oxygen generator is known in which the membrane inside can be opened by means of a mandrel.
  • the object of the present invention is to improve the opening of a membrane described above.
  • the diaphragm assembly serves or is configured as a diaphragm assembly for an outlet opening of a designated hollow body.
  • Designated means that the diaphragm assembly is structurally matched to a specific hollow body or a specific type of hollow body and is configured for use there; e.g., it is designed for the resulting geometric/material and system requirements, etc.
  • a particular hollow body is assumed to be known with regard to its geometry, size, material properties, etc.
  • certain properties of the hollow body are assumed as follows:
  • the hollow body has an interior, or interior, within which a medium, in particular an inert gas, is located.
  • the hollow body has an outlet opening through which the medium can, in principle, flow from the interior of the hollow body into the exterior surrounding the hollow body.
  • the medium In an initial state (e.g., the standby state of the COG mentioned above), the medium has a certain internal pressure that lies below a limit pressure.
  • Internal pressure here, in simplified terms, refers to a pressure difference between the interior of the hollow body and a pressure prevailing outside the hollow body (on the other side of the membrane) in an exterior space.
  • the membrane arrangement is now set up as follows: Starting from the initial state - for internal pressures up to an internal pressure corresponding to a limit pressure - the medium is prevented by means of the membrane arrangement from passing through the Outlet opening blocked. In other words, the diaphragm arrangement closes the outlet opening. In other words, due to the blocking effect of the diaphragm arrangement, no medium can escape from the interior or hollow body through the outlet opening until the limit pressure is reached.
  • the outlet opening is at least partially opened for the medium by means of the diaphragm arrangement.
  • the diaphragm arrangement "opens,” allowing the medium to escape through the outlet opening. To do this, the outlet opening is at least partially opened. The medium or any other substance, especially the oxygen to be produced, can then escape.
  • the diaphragm assembly or its components have a designated mounting position relative to the hollow body.
  • “designated” means that the diaphragm assembly is mounted in exactly this position or under the appropriate conditions for its intended use on the hollow body. These conditions refer, for example, to a desired relative position, connection to the hollow body, etc.
  • the diaphragm assembly contains a diaphragm.
  • the diaphragm In the mounted position of the diaphragm relative to the hollow body, the diaphragm seals the outlet opening in a media-tight manner, i.e., thanks to the diaphragm, medium cannot escape from the interior through the outlet opening.
  • Media-tight here always refers to the medium in question within the scope of the invention.
  • the diaphragm can be attached to the hollow body in a media-tight manner or is attached in the mounted position. In this mounted position, the diaphragm is also designed to increasingly bulge away from the interior as the internal pressure increases.
  • the diaphragm fulfills its first aforementioned partial function in the diaphragm assembly, namely to seal the outlet opening against internal pressures up to the limit pressure for the passage of medium.
  • the diaphragm assembly contains a cutting means.
  • This cutting means can also be attached or is attached to the hollow body in the intended mounting position. In this mounting position, the cutting means is arranged beyond the diaphragm with respect to the interior space. In other words, the cutting means is located on the other side of the diaphragm than the interior space.
  • the diaphragm and the cutting medium have a specific relative position to one another, which is designed as follows: For internal pressures up to the limit pressure (i.e. despite the correspondingly increasing curvature of the diaphragm from the interior and thus towards the cutting medium), the diaphragm does not lie against the cutting medium. However, as soon as the internal pressure exceeds the limit pressure, the diaphragm lies against the cutting medium due to further bulging, or vice versa. By contacting or pressing the diaphragm against the cutting medium, the latter then develops a cutting effect which is suitable for severing the diaphragm, i.e. cutting/creating an opening in the diaphragm.
  • the cutting means is designed like a cannula.
  • the cannula has a wall, with the wall surrounding an outlet channel of the cannula.
  • the cannula tapers (in the assembled position) toward the membrane at its tip end in at least one cutting tip.
  • the cutting tip ultimately causes the aforementioned severing or opening of the membrane.
  • the membrane initially rests against the cannula at the location of the cutting tip.
  • a "cannula” is understood to mean that the outlet channel is formed by the wall of the cannula over a certain length / section of its
  • the outlet channel is completely enclosed in the longitudinal direction, i.e., by a closed wall.
  • the outlet channel is therefore not just an opening/hole in a plate-like wall; rather, at least a portion of the wall actually forms a tubular longitudinal channel that completely encloses its interior, i.e., the "outlet channel.”
  • the wall extends in the direction of extension of the outlet channel, in particular at least over a length that corresponds to the diameter of the channel, in particular a multiple length (e.g., 2, 3, or 5 times the length) of the diameter of the channel.
  • a cannula or hollow needle pierces the membrane instead of cutting it with a metal nose.
  • the point-by-point contact of the membrane with the cutting tip results in more secure opening of the membrane due to increased surface pressure.
  • the membrane and the passage opening are separated by the cross-section of the outlet channel. This is particularly true when the cannula completely penetrates the membrane, i.e. the pierced membrane only rests against the wall surrounding the outlet channel and does not even partially cover the outlet channel. In the state for pressures above the limit pressure, the outlet channel therefore forms a defined passageway for the medium to pass through the membrane.
  • the size of the opening cut into the membrane is irrelevant if the outlet channel is the only passage through the outlet opening, i.e.
  • the size of the passage opening for the medium corresponds at least (outflow of medium also possible next to the outlet channel), in particular exactly (outflow only through the outlet channel) to the cross section of the outlet channel and is therefore defined and does not depend on the current puncture situation and the resulting size of the opening in the membrane.
  • the membrane is actually completely pierced by means of the cannula and not just cut open.
  • the membrane rests on a point before or at the moment of penetration. This leads to a very high surface pressure.
  • the membrane is pierced with the entire hollow needle and cannot cover any opening that may arise. There is no risk of the membrane resting flatly on the cutting medium before cutting, which would lead to a low surface pressure. could, the membrane cannot cover the opening (outlet channel), can only be punctured or cannot tear open at all.
  • an upwardly open passage results when the cannula completely penetrates the membrane, i.e., with its entire circumferential section of its wall.
  • the outlet opening or bore in the hollow needle or cannula (outlet channel) thus determines the passage size through which medium can flow from the interior.
  • the above-mentioned design with a metal nose results in a passage in a membrane that is open to the side.
  • the currently developing crack size in the membrane itself determines the passage size for medium to pass through the membrane.
  • the cannula or hollow needle can be formed as part of a connecting piece for the hollow body (see below).
  • the known membrane cutter in the form of a metal nose is, in particular, part of a cover or housing cover for the outlet opening and thus a cutout/deformation in it.
  • the membrane arrangement is designed to prevent the medium located in the interior of the hollow body, which in the initial state has an internal pressure lower than the limit pressure, from passing through the outlet opening for an internal pressure up to the limit pressure and to at least partially open the outlet opening for the medium when the limit pressure is exceeded.
  • the cutting means has a cutting edge which at least partially, in particular completely, surrounds the outlet channel.
  • the cutting edge serves or is designed to cut the membrane, i.e. to create an opening in the membrane through which the medium can flow. If the limit pressure is exceeded, the membrane is not only pierced by the cutting tip, but upon further expansion or further movement along the cannula, the membrane is reliably cut open further by the cutting edge. In particular, this can ensure that the membrane moves further along the cannula and finally comes to rest in the area of the completely circumferential wall, whereby the membrane is completely penetrated by the cannula / its outlet channel like a passage tube.
  • a respective section of the cutting edge is designed as one of the cutting tips.
  • Each corresponding section thus forms a separate cutting tip.
  • several sections of the cutting edge are designed as respective cutting tips. In particular, however, only a single cutting tip is present. This allows the desired cutting behavior of the cutting means to be generated in coordination with the membrane.
  • the cutting edge extends obliquely to a direction of extension of the outlet channel.
  • the direction of extension is, in particular, a straight line.
  • the cutting edge extends, in particular, in a plane that is angled relative to the direction of extension, for example, at an angle between 20° and 70°.
  • the cannula thus corresponds to a cannula known from the medical field, for example, for injections into a patient.
  • the desired cutting behavior can be achieved by adjusting the angle to the membrane.
  • the cutting means has a connection piece for a media line. This is located on the cutting means opposite the spigot end with respect to the outlet channel.
  • the cutting means forms a part or an extension of, or is designed in one piece with, a connection piece for the media line.
  • the outlet channel opens into the connection piece.
  • the media line serves, for example, to guide medium flowing out of the outlet channel or connection piece or the outlet opening or the hollow body to a destination.
  • the hollow body is, for example, the housing of an oxygen generator for the emergency supply of passengers, cabin crew (stewardess, ...) or pilots, etc. in an aircraft, the media line is one or at least a section of one that leads from the oxygen generator to a breathing mask for a respective passenger, crew member, pilot, etc. An additional coupling of the hollow body to the media line is therefore unnecessary.
  • the membrane assembly includes a cover.
  • the cover can be or is attached to the hollow body in the intended mounting position.
  • the membrane and/or the cutting means are attached to the cover in a media-tight manner.
  • the membrane assembly can be attached to the hollow body particularly easily by attaching the cover to its outlet opening.
  • the lid is therefore used in particular to close the outlet opening of the hollow body.
  • the cover can be attached or is attached to the hollow body in the assembly position in a media-tight manner.
  • the cover itself is designed to be media-tight.
  • the outlet channel represents the only opening through the lid, through which, with a perforated membrane, the medium can exit the interior and pass through the lid. In other words, this ensures that an opening of a defined size for the medium is provided through the lid and thus out of the hollow body. This allows, for example, a particularly precise metering or setting of the medium's exit rate from the hollow body.
  • the cutting means is designed as a single piece with the cover. If a connecting piece is present in conjunction with the above-mentioned embodiment, this can alternatively or additionally also be designed as a single piece with the cover. This makes it particularly easy to combine the cutting means and/or connecting pieces with a cover.
  • the entire tip end of the cutting means is designed as a single, circumferential cutting tip.
  • a degenerate cutting tip is present in the form of a single, circumferential cutting edge that surrounds the outlet channel in a ring-like, particularly circular, plane in a plane transverse to the direction of the outlet channel.
  • the object of the invention is also achieved by a hollow body arrangement according to claim 11.
  • This contains the membrane arrangement according to the invention.
  • it contains the hollow body described above, which has the interior space and the outlet opening.
  • the membrane is attached to the hollow body in the intended mounting position, wherein in this The mounting position seals the outlet opening media-tight.
  • the cutting medium is attached to the hollow body in the mounting position.
  • the closure case applies to internal pressures below the limit pressure, i.e. as long as the membrane is still intact and not punctured by the cutting agent.
  • the interior space is completely enclosed by the hollow body in a media-tight manner.
  • the outlet opening is the only opening in the hollow body that is provided or available for the outflow of the medium. This does not preclude the presence of further openings in the hollow body or in relation to the interior space. However, these are not provided or intended for the outflow of the medium, but rather, for example, as electrical feedthroughs or similar. This ensures that no medium can escape from the interior space as long as the membrane is not punctured. If this is punctured, the medium must escape completely through the opening in the membrane and the outlet opening. There is no other option for the medium. This ensures controlled media discharge from the hollow body.
  • the interior contains an inert gas, particularly helium or argon, as at least part of the medium.
  • an inert gas particularly helium or argon
  • the inert gas is present in the interior, for example, to inertize the aforementioned core of a COG before it is activated. This allows an inert atmosphere to be created in the hollow body arrangement or in the interior.
  • the hollow body arrangement is a chemical oxygen generator or at least part of such an oxygen generator.
  • a chemical core is present in the interior. This core is not activated in the initial state, but can be activated to produce oxygen as at least part of the medium.
  • the chemical core Upon activation, the chemical core also increases the internal pressure in the interior above the limit pressure through the oxygen production. In other words, by activating the core, oxygen is generated, and the internal pressure is increased above the The pressure is increased beyond the limit pressure, causing the membrane to gradually bulge, press against the cutting means, and ultimately cut or pierce by it, allowing the oxygen to pass through the outlet opening.
  • the invention creates a particularly advantageous oxygen generator.
  • Figure 1 shows a hollow body assembly 2, here in the form of a COG, i.e., a chemical oxygen generator.
  • the hollow body assembly 2 contains a hollow body 4, here a media-tight, here helium-tight, since helium is used as the gas, sleeve or housing made of stainless steel.
  • This has an interior space 6 and an outlet opening 8.
  • the hollow body assembly 2 contains a membrane assembly 10, which is located in or on the hollow body 4 in a designated installation position.
  • the diaphragm arrangement 10 is designed for the outlet opening 8 of the designated hollow body 4 and is configured as follows:
  • a medium 12 located in the interior space 6 has an internal pressure PI that is initially—in an initial state—less than a limit pressure PG.
  • internal pressure PI is the pressure difference between the pressures within the interior space 6 and in an exterior space 14 that surrounds the hollow body 4 or is located outside the outlet opening 8.
  • the membrane arrangement 10 is also designed to at least partially open the outlet opening 8 for the medium 12 to flow out of the interior space 6 when the limit pressure PG is exceeded by the internal pressure PI.
  • the membrane arrangement 10 contains a membrane 16. In the illustrated assembly position M, in the initial state, this closes the outlet opening 8 in a media-tight manner and is attached to the hollow body 4 for this purpose.
  • the membrane 16 is also a thin stainless steel membrane which is welded to the hollow body 4 in a media-tight manner, in this case helium-tight, and is itself media-tight, always with respect to the medium 12.
  • the membrane 16, in turn, is designed to increasingly bulge away from the interior 6 or, in this case, towards the outlet opening 8 as the internal pressure PI increases, starting from the initial state, starting from an internal pressure PI less than the limit pressure PG.
  • the membrane assembly 10 also contains a cutting means 18 in the form of a membrane cutter. This too can be attached or is attached to the hollow body 4 in the assembly position M and is located on the side of the membrane 16 facing away from the interior 6, i.e., with respect to the interior 6, beyond the membrane 16.
  • the cutting means 18 is in Figure 1 only symbolically indicated and is explained in detail below.
  • the interior space 6 is thus completely enclosed in a media-tight manner by the hollow body 4 and the membrane 16.
  • the outlet opening 8 is the only opening of the hollow body 4 that is, at least in principle, available for the outflow of the medium 12.
  • a chemical core 30 is present in the interior space 6. This can be activated in a manner not explained in detail here. Until it is activated, the core 30 is inactive. From its activation, it produces oxygen as part of the medium 12. The amount of oxygen produced is dimensioned such that the internal pressure PI in the interior space 6 is increased above the limit pressure PG. As long as the core 30 is not yet activated, only helium is provided as the medium 12 in the interior space 6, which thus surrounds the core 30. From the activation of the core 30, a gas mixture of helium and oxygen is created as the medium 12.
  • the hollow body arrangement 2 also contains, as part of the membrane arrangement 10, a connecting piece 32.
  • This connecting piece is designed to accommodate a media line 34, indicated only symbolically here.
  • the media line 34 serves to transport the medium 12 to a destination (not shown) upon activation of the core 30, cutting of the membrane 16, and the discharge of the medium 12 from the outlet opening 8.
  • the destination is an oxygen mask for an airline passenger in the interior of a passenger cabin of a passenger aircraft, who is to be supplied with the medium 12, here essentially oxygen (see below), in an emergency.
  • the connecting piece 32 thus represents an outlet of the COG.
  • Figure 2 shows the general functioning of the hollow body arrangement 2 in the form of the COG.
  • the oxygen generator is in the initial state, namely a standby state, the core 30 is not activated.
  • the medium 12 in the interior 6, which surrounds the core 30, is exclusively helium.
  • the oxygen generator is located, as already indicated above, on board a passenger aircraft and is used to provide emergency oxygen supply to airline passengers.
  • the internal pressure Pl has continued to rise, causing the membrane 16 to bulge or deform away from the interior space 6 and now, at the limit pressure PG, finally rests against the cutting means 18, here its cutting tip 24 or pointed end 22.
  • the further increasing internal pressure PI in the interior space 6 creates pressure from the membrane 16 on the cutting means 18, causing the latter to develop a cutting effect on the membrane 16 and begin to sever or cut the membrane 16.
  • FIG 3 symbolically shows the Figures 4a,b Specifically, a cutting means 18 according to the prior art.
  • the cutting means 18 is formed by cutting a metal nose 40 on one side out of a sheet 38 and pre-bent it towards the interior 6, thereby forming a cutting tip 24.
  • the membrane 16 With increasing internal pressure Pl, the membrane 16 also contacts the cutting tip 24 and is accordingly Figure 2 severed by it.
  • Medium 12 can then flow through the opening 42 in the sheet metal 38, which was created by bending out the sheet metal nose 40.
  • the problem here is that parts of the membrane 16 may overlap the opening 42 or the membrane 16 may lie flat against the flat sides or the structure of the sheet metal nose 40, and the surface pressure of the cutting tip 24 on the membrane 16 is then insufficient to cut it reliably and safely.
  • FIGS 3, 4a and 4b thus show a membrane cutter as a punched and bent-out embodiment of a cover 50 for the outlet opening 8.
  • FIGS 5 to 9 show cutting means 18 according to the invention.
  • the cutting means 18 is designed in the manner of a cannula 20. This has a pointed end 22 which, in the assembly position M, points towards the membrane 16.
  • the cannula 20 runs at the pointed end 22 in at least one ( Figure 5 (shows a single) cutting tip 24.
  • the cannula 20 contains an outlet channel 26, which is formed by a wall 28 of the cutting means 18 surrounding this outlet channel 26.
  • the connecting piece 32 is welded to the hollow body 4 and is also made of stainless steel in a media-tight manner, here helium-tight, and thus surrounds the outlet opening 8 in a media-tight manner, so that all medium flowing out of the outlet opening 8 is directed into the media line 34.
  • FIG 6 shows a perspective view of a possible embodiment of the cutting means 18 from Figure 5 .
  • the cutting means 18 has a cutting edge 44 for the membrane 16 that completely surrounds the outlet channel 26. It can also be seen how the wall 28 completely surrounds the outlet channel 26.
  • a single section 46 of the cutting edge 44 is designed as a single cutting tip 24. This creates a particularly high surface pressure and a particularly good cutting effect when the membrane 16 is applied.
  • the cutting edge 44 extends obliquely (in an oblique plane) to an extension direction 48 of the outlet channel 26, indicated here by a dashed line.
  • the membrane assembly 10 includes a cover 50.
  • This cover is attachable or attached to the hollow body 4 in the assembly position M.
  • the cutting means 18 in the form of the cannula 20 is in turn attached to the cover 50 or is formed integrally therewith.
  • Figure 5 It is merely symbolically indicated how the cover 50 is welded to the hollow body 4 in a media-tight manner.
  • the cover 50 itself is made of metal in a media-tight manner.
  • the cover 50 itself is designed to be media-tight and, in the assembled position, is attached to the hollow body 4 in a media-tight manner.
  • the outlet channel 26 represents the only passage through the cover 50 and thus the outlet opening 8, through which medium 12 can escape from the interior space 6.
  • the Figure 7a,b show a view of the membrane 16 from the interior 6 of the hollow body 4 from different spatial perspectives from the time t5 Figure 2 , namely, when the membrane 16 has been cut through by the cutting means 18 and has wrapped around the cannula 20, ie, it rests radially outwardly or circumferentially against the wall 28.
  • the outlet channel 26 is completely open for medium 12.
  • outlet channel 26 is completely open and available for the outflow of the medium 12.
  • FIGS 5 to 7b show the cutting means 28 as a separate part, based on a hollow needle.
  • a combination with a connecting piece 32 according to Figure 8 is possible or desired here (not shown).
  • FIG 8 shows an alternative embodiment of a cutting means 18 in the form of a cannula 20.
  • a cutting edge 44 is also provided that completely surrounds the outlet channel 26.
  • the entire cutting edge 44 forms a single section 46, which is designed as a single cutting tip 24 in the manner of a ring cutting edge.
  • the connecting piece 32 for the media line 34 is directly connected to the spigot end 24.
  • the cutting means 18 itself thus has the connecting piece 32, which is opposite the spigot end 22.
  • Figure 8 thus shows a rotationally symmetrical hollow needle with a central bore for piercing the membrane 16 as a separate part, but combined with an outlet or connection piece 32.
  • Figure 9 shows a further embodiment of a cutting means 18.
  • This also has a cutting edge 44 which runs annularly transversely or flatly around the outlet channel 26 and which represents an entire section 46 which is again designed as a ring cutting edge in the form of a cutting tip 24, insofar as comparable to the embodiment according to Figure 8
  • the cutting means 18 is again part of a cover 50 according to Figure 6 and also made in one piece with it.
  • the cutting means 18 here forms a rotationally symmetrical formation for piercing the membrane 16 as a feature integrated into the cover 50 and thus a housing of the hollow body arrangement 2 (of a part of the hollow body arrangement 2).
  • a separate connection piece 32 can then be attached (not shown).

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Description

  • Die Erfindung betrifft das Öffnen einer Membran, die bis zu diesem Öffnen einen Hohlkörper abgedichtet hat.
  • Ein derartiger Hohlkörper ist beispielsweise ein medien- bzw. gasdichtes Gehäuse eines chemischen Sauerstoffgenerators (COG Chemical Oxygen Generator). Das Gehäuse umschließt einen Innenraum. Im Innenraum befindet sich ein chemischer Kern, der z.B. vorwiegend hygroskopisches Natriumchlorat enthält. Um sicherzustellen, dass der chemische Kern über die Lebensdauer von vielen, z.B. 15, Jahren (Bereitschaftszustand, keine Sauerstofferzeugung) durch Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit nicht degradiert, wird das Innere des COG mit einem Medium, z.B. Inertgas wie Helium oder Argon, geflutet und medien- bzw. gasdicht versiegelt. "Mediendicht" oder "gasdicht" im Sinne der vorliegenden Anmeldung bezieht sich auf das aktuell verwendete, abzudichtende Medium / Gas / Inertgas. Im Falle von Helium erfolgt also z.B. eine heliumdichte Abdichtung. Hierzu wird eine Auslassöffnung des Gehäuses mit einer medien- bzw. gasdichten Membran medien- bzw. gasdicht abgedichtet. Damit ist das Innere des COG unter anderem durch eine Membran von der Umgebung getrennt. Damit der vom chemischen Kern im Falle einer Aktivierung erzeugte Sauerstoff zum Zielort / Zielperson, z.B. Passagier, Cabin Crew, Pilot, ... geleitet werden kann, muss die Membran bei Bedarf kontrolliert geöffnet werden, um zuverlässig und ausreichende Sauerstoff durchzulassen. Dieses Öffnen der Membran muss durch entsprechendes Design sichergestellt werden.
  • Aus der Praxis, wie beispielsweise auch der DE 28 51 074 A1 ist es bekannt die Membran zu öffnen, indem sie sich aufgrund des durch die Sauerstofferzeugung steigenden Innendrucks verformt, gegen eine Blechnase gedrückt wird und von den Kanten dieser Blechnase zerschnitten wird, siehe hierzu unten die Figuren 3, 4a und 4b und die zugehörige Beschreibung. Der Sauerstoff kann prinzipiell entweichen, da die Blechnase einen Hinterschnitt aufweist, der die in die Membran geschnittene Öffnung in der Membran offen hält.
  • Die Membran ist dabei vergleichsweise dünn, weist zum Beispiel eine Dicke von einem Zehntel Millimeter auf, ist aus Blech, zum Beispiel Edelstahl gefertigt und mediendicht für die in Frage kommenden Medien, z.B. sauerstoffdicht bzw. heliumdicht, ausgeführt.
  • Aus der DE 30 39 442 A1 ist ein chemischer Sauerstoffgenerator bekannt, bei dem die darin befindliche Membran mittels eines Dorns geöffnet werden kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Öffnen einer oben beschriebenen Membran zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Membrananordnung gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Die Membrananordnung dient bzw. ist eingerichtet als Membrananordnung für eine Auslassöffnung eines bestimmungsgemäßen Hohlkörpers. "Bestimmungsgemäß" heißt, dass die Membrananordnung auf einen bestimmten oder einen bestimmten Typ von Hohlkörper konstruktiv abgestimmt ist und für den Einsatz dort eingerichtet ist; z.B. für die dadurch bestimmten Geometrie- / Material- und Systemanforderungen usw. ausgelegt ist. Mit anderen Worten wird insbesondere ein betreffender Hohlkörper als bekannt hinsichtlich seiner Geometrie, Größe, Materialeigenschaften usw. vorausgesetzt. Konkret werden bestimmte Eigenschaften des Hohlkörpers wie folgt vorausgesetzt:
    Der Hohlkörper weist einen Innenraum bzw. ein Inneres auf, im Innenraum des Hohlkörpers befindet sich ein Medium, insbesondere ein Intergas. Der Hohlkörper weist eine Auslassöffnung aus, durch die das Medium prinzipiell aus dem Innenraum des Hohlkörpers in den den Hohlkörper umgebenden Außenraum ausströmen kann. Das Medium weist in einem Ausgangszustand (z.B. der Bereitschaftszustand des o.g. COG) einen bestimmten Innendruck auf, der unterhalb eines Grenzdrucke liegt. "Innendruck" bezeichnet hier sprachlich vereinfacht eine Druckdifferenz zwischen Innenraum des Hohlkörpers und einem außerhalb des Hohlkörpers (auf der anderen Membranseite) vorherrschend Druck in einem Außenraum.
  • Die Membrananordnung ist nun wie folgt eingerichtet: Ausgehend von dem Ausgangszustand wird - für Innendrücke bis zu einem Innendruck entsprechend einem Grenzdruck - das Medium mit Hilfe der Membrananordnung vom Durchtritt durch die Auslassöffnung abgehalten. Mit anderen Worten verschließt die Membrananordnung die Auslassöffnung. Mit anderen Worten kann wegen der Sperrwirkung der Membrananordnung bis zum Grenzdruck kein Medium aus dem Innenraum bzw. dem Hohlkörper durch die Auslassöffnung hindurch entweichen.
  • Bei Überschreiten des Grenzdruckes wird die Auslassöffnung mit Hilfe der Membrananordnung für das Medium zumindest teilweise freigegeben. Bei Überschreiten des Grenzdruckes "öffnet sich" also die Membrananordnung und erlaubt dadurch ein Entweichen des Mediums durch die Auslassöffnung. Hierzu wird die Auslassöffnung zumindest teilweise freigegeben. Sodann kann das Medium oder jeder andere Stoff, insbesondere der zu erzeugende Sauerstoff, entweichen.
  • Die Membrananordnung bzw. deren Bestandteile weisen eine bestimmungsgemäße Montageposition in Bezug auf den Hohlkörper auf. Auch hier ist bestimmungsgemäß so zu verstehen, dass vorausgesetzt wird, dass die Membrananordnung für Ihren Einsatz am Hohlkörper dann in genau dieser Position bzw. mit entsprechenden Bedingungen montiert wird. Die Bedingungen beziehen sich z.B. auf eine Soll-Relativlage, Verbindung mit dem Hohlkörper usw.
  • Die Membrananordnung enthält eine Membran. In der Montageposition der Membran in Bezug auf den Hohlkörper verschließt die Membran die Auslassöffnung mediendicht, d.h., dank der Membran kann Medium nicht aus dem Innenraum durch die Auslassöffnung entweichen. "Mediendicht" ist hier stets auf das im Rahmen der Erfindung in Rede stehende Medium zu verstehen. Hierzu ist die Membran mediendicht verschließend am Hohlkörper anbringbar bzw. in der Montageposition angebracht. In dieser Montageposition ist die Membran außerdem dazu eingerichtet, sich bei steigendem Innendruck zunehmend vom Innenraum wegzuwölben. Somit erfüllt die Membran also ihre erste oben genannte Teilwirkung in der Membrananordnung, nämlich die Auslassöffnung für Innendrücke bis zum Grenzdruck für den Durchtritt von Medium zu verschließen.
  • Die Membrananordnung enthält ein Schneidmittel. Dieses ist ebenfalls in der bestimmungsgemäßen Montageposition am Hohlkörper anbringbar bzw. angebracht. In dieser Montageposition ist das Schneidmittel in Bezug auf den Innenraum jenseits der Membran angeordnet. Mit anderen Worten befindet sich das Schneidmittel auf der anderen Seite der Membran als der Innenraum.
  • In der Montageposition weisen die Membran und das Schneidmittel eine bestimmte Relativlage zueinander auf, die wie folgt ausgestaltet ist: Für Innendrücke bis zum Grenzdruck (also trotz der entsprechend zunehmenden Weg-Wölbung der Membran vom Innenraum und damit auf das Schneidmittel zu) liegt die Membran nicht an dem Schneidmittel an. Ab bzw. sobald der Innendruck aber den Grenzdruck überschreitet, liegt die Membran durch das weitere Vorwölben an dem Schneidmittel an bzw. umgekehrt. Durch die Anlage bzw. das Andrücken der Membran an dem Schneidmittel entfaltet dieses dann eine Schneidwirkung, welche dazu geeignet ist, die Membran zu durchtrennen, also eine Öffnung in die Membran zu schneiden / einzubringen. Mit anderen Worten wird beim Überschreiten des Grenzdruckes die sich gegen das Schneidmittel vorwölbende Membran von dem Schneidmittel durchtrennt, sodass durch die entstehende Öffnung in der Membran Medium die Membran passieren und damit aus dem Innenraum austreten kann und zur Auslassöffnung und durch diese hindurch aus dem Hohlkörper hinaus gelangen kann.
  • Das Schneidmittel ist nach Art einer Kanüle ausgebildet. Die Kanüle weist dabei eine Wandung auf, wobei die Wandung einen Auslasskanal der Kanüle umgibt. Die Kanüle läuft (in der Montageposition) zur Membran hin an ihrem Spitzende in wenigstens einer Schneidspitze zu. Die Schneidspitze bewirkt schlussendlich das o.g. Durchtrennen bzw. Öffnen der Membran. Insbesondere liegt das Membran bei Erreichen des Grenzdruckes zuerst am Ort der Schneidspitze an der Kanüle an.
  • Bei durchtrennter Membran kann also Medium, welches die Membran passiert, zumindest auch in den Auslasskanal gelangen und durch den Auslasskanal hindurch bzw. vermittels diesem durch die Auslassöffnung hindurchgeführt werden. Dies gilt zumindest, wenn der Auslasskanal die Auslassöffnung durchsetzt. Die Auslassöffnung ist also vermittels des Auslasskanals bei durchtrennter Membran zumindest teilweise für das Ausströmen des Mediums aus dem Innenraum durch die Auslassöffnung freigegeben. Durch das entsprechende Zusammenspiel von Membran und Schneidmittel in Form des Durchtrennens der Membran ergibt sich die zweite Teilwirkung der Membrananordnung, nämlich die Freigabe der Auslassöffnung für das Medium ab einem bestimmten Grenzdruck.
  • Unter einer "Kanüle" ist vorliegend zu verstehen, dass der Auslasskanal durch die Wandung der Kanüle auf einer gewissen Länge / Abschnitt seiner Längserstreckungsrichtung vollumfänglich, also von einer geschlossenen Wand umschlossen ist. Der Auslasskanal ist also nicht nur eine Durchbrechung / ein "Loch" in einer plattenartigen Wandung, sondern zumindest ein Teil der Wandung bildet tatsächlich einen röhrenartigen Längskanal, der sein Inneres, also den "Auslasskanal" vollumfänglich umschließt. Die Wandung erstreckt sich dabei in Erstreckungsrichtung des Auslasskanals insbesondere wenigstens auf einer Länge, die dem Durchmesser des Kanals entspricht, insbesondere einer mehrfachen Länge (z.B. 2-, 3- oder 5-fache Länge) des Durchmessers des Kanals entspricht.
  • Gemäß der Erfindung durchsticht also eine Kanüle oder Hohlnadel die Membran, anstatt die Membran mit einer Blechnase zu zerschneiden. Insbesondere durch das punktuelle Anliegen der Membran an der Schneidspitze erfolgt ein sichereres Öffnen der Membran aufgrund erhöhter Flächenpressung. Es erfolgt eine Separierung von Membran und Durchlassöffnung, die von dem Querschnitt des Auslasskanals gebildet wird. Dies gilt insbesondere, wenn die Kanüle die Membran vollständig durchsetzt, die durchstochene Membran also nur an der den Auslasskanal umlaufenden Wandung anliegt und den Auslasskanal auch nicht teilweise verdeckt. Im Zustand für Drücke oberhalb des Grenzdruckes bildet der Auslasskanal daher einen definierten Durchlasskanal für Medium, um die Membran zu passieren, die in die Membran geschnittene Öffnung ist dabei hinsichtlich ihrer Größe dann irrelevant, wenn der Auslasskanal der einzige Durchgang durch die Auslassöffnung ist, diese also ansonsten z.B. nach wie vor von einem Deckel verschlossen ist. Die Größe der Durchlassöffnung für Medium entspricht hierbei also mindestens (Ausströmen von Medium auch neben dem Auslasskanal möglich), insbesondere genau (Ausströmen nur durch den Auslasskanal) dem Querschnitt des Auslasskanals und ist somit definiert gegeben und hängt nicht von der aktuellen Durchstoßsituation und der dadurch erreichten Größe der Öffnung in der Membran ab.
  • Gemäß der Erfindung wird die Membran mithilfe der Kanüle insbesondere tatsächlich vollständig durchstoßen und nicht nur aufgeschnitten.
  • Gemäß der Erfindung erfolgt ein punktuelles Anliegen der Membran vor dem bzw. im Augenblick des Durchstoßens. Dies führt zu einer sehr hohen Flächenpressung. Die Membran wird mit der ganzen Hohlnadel durchstochen und kann sich nicht über einen eventuell entstehenden Durchlass legen. Es droht kein flächiges Anliegen der Membran am Schneidmittel vor dem Schneiden, was zu einer geringen Flächenpressung führen könnte, die Membran kann sich nicht über die Öffnung (Auslasskanal) legen, nur angestochen werden oder überhaupt nicht aufreißen.
  • Gemäß der Erfindung ergibt sich ein nach oben offener Durchlass, wenn die Kanüle die Membran vollständig durchsetzt, also mit ihrem vollumfänglichen Abschnitt ihrer Wandung. Die Auslassöffnung bzw. Bohrung in der Hohlnadel oder Kanüle (Auslasskanal) determiniert damit die Durchlassgröße, durch welche Medium aus dem Innenraum ausströmen kann. Gemäß der oben genannten Ausführung mit einer Blechnase ergibt sich dagegen ein zur Seite offener Durchlass in einer Membran. Die jeweils aktuell entstehende Rissgröße in der Membran selbst determiniert dabei die Durchlassgröße für Medium, um die Membran passieren zu können.
  • Gemäß der Erfindung kann die Kanüle bzw. Hohlnadel als Teil eines Anschlussstutzens für den Hohlkörper geformt werden (siehe unten). Der bekannte Membranschneider in Form der Blechnase ist insbesondere Teil eines Deckels bzw. Gehäusedeckels für die Auslassöffnung und damit ein Ausschnitt / Ausformung in diesem.
  • Im Ergebnis ist die Membrananordnung also dank der o.g. Maßnahmen dazu eingerichtet, das sich in dem Innenraum des Hohlkörpers befindliche Medium, das in dem Ausgangszustand einen Innendruck kleiner dem Grenzdruck aufweist, für einen Innendruck bis zu dem Grenzdruck vom Durchtritt durch die Auslassöffnung abzuhalten und die Auslassöffnung bei Überschreiten des Grenzdruckes für das Medium zumindest teilweise freizugeben.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Schneidmittel eine Schneide auf, welche den Auslasskanal zumindest teilweise, insbesondere vollständig, umläuft. Die Schneide dient dazu bzw. ist eingerichtet, die Membran zu schneiden, also eine Öffnung in die Membran einzubringen, durch die das Medium strömen kann. Bei Überschreiten des Grenzdruckes wird die Membran also nicht nur von der Schneidspitze durchbohrt, sondern bei weiterem Ausdehnen bzw. weitere Bewegung entlang der Kanüle wird die Membran durch die Schneide weiter zuverlässig aufgeschnitten. So kann insbesondere erreicht werden, dass sich die Membran weiter entlang der Kanüle bewegt und schließlich im Bereich der vollständig umlaufenden Wandung zu liegen kommt, wodurch die Membran vollständig von der Kanüle / deren Auslasskanal nach Art eines Durchlassrohres durchsetzt ist.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist wenigstens ein oder bei mehreren auch ein jeweiliger Abschnitt der Schneide als jeweils eine der Schneidspitzen ausgebildet. Jeder entsprechende Abschnitt bildet also eine eigene Schneidspitze. Insbesondere sind also mehrere Abschnitte der Schneide als jeweilige Schneidspitzen ausgebildet. Insbesondere ist jedoch nur eine einzige Schneidspitze vorhanden. Hierdurch kann in Abstimmung auf die Membran ein gewünschtes Schneidverhalten des Schneidmittels erzeugt werden.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform verläuft die Schneide schräg zu einer Erstreckungsrichtung des Auslasskanals. Die Erstreckungsrichtung ist insbesondere eine Gerade. Die Schneide verläuft insbesondere in einer Ebene, welche gegenüber der Erstreckungsrichtung abgewinkelt ist, zum Beispiel in einem Winkel zwischen 20° und 70°. Die Kanüle entspricht somit dahingehend einer Kanüle, wie sie aus dem medizinischen Bereich, zum Beispiel für Injektionen für einen Patienten, bekannt ist. Auch hier kann durch Abstimmung des Winkels auf die Membran ein gewünschtes Schneidverhalten erreicht werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Schneidmittel einen Anschlussstutzen für eine Medienleitung auf. Dieser befindet sich in Bezug auf den Auslasskanal dem Spitzende gegenüberliegend am Schneidmittel. Mit anderen Worten bildet das Schneidmittel einen Teil oder eine Verlängerung oder ist einstückig ausgeführt mit einem Anschlussstutzen für die Medienleitung. Der Auslasskanal mündet dabei in den Anschlussstutzen. Die Medienleitung dient zum Beispiel dazu, aus dem Auslasskanal bzw. Anschlussstutzen bzw. der Auslassöffnung bzw. dem Hohlkörper ausströmendes Medium zu einem Zielort zu führen. Ist der Hohlkörper beispielsweise das Gehäuse eines Sauerstoffgenerators zur Notversorgung von Fluggästen, Cabin Crew (Stewardess, ...) oder Piloten usw. in einem Flugzeug, ist die Medienleitung eine solche oder zumindest ein Abschnitt einer solchen, welche vom Sauerstoffgenerator zu einer Atemmaske für einen jeweiligen Fluggast, Crewmitglied, Piloten usw. führt. Eine zusätzliche Kopplung des Hohlkörpers mit der Medienleitung entfällt somit.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Membrananordnung einen Deckel. Der Deckel ist in der bestimmungsgemäßen Montageposition an dem Hohlkörper befestigbar bzw. befestigt. Die Membran und / oder das Schneidmittel sind mediendicht am Deckel befestigt. Mit anderen Worten kann so die Membrananordnung besonders einfach am Hohlkörper angebracht werden, indem der Deckel an dessen Auslassöffnung befestigt wird. Der Deckel dient also insbesondere zum Verschließen der Auslassöffnung des Hohlkörpers.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist der Deckel in der Montageposition mediendicht am Hohlkörper anbringbar bzw. angebracht. Alternativ oder zusätzlich ist der Deckel selbst mediendicht ausgeführt. Somit ist neben der Membrananordnung ansonsten keine gesonderte Abdichtung des Hohlkörpers gegen das Medium erforderlich.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform stellt der Auslasskanal die einzige, den Deckel durchsetzende Öffnung dar, durch welche bei perforierter Membran Medium den Innenraum verlassen und Medium den Deckel durchtreten kann. Mit anderen Worten ist somit sichergestellt, dass eine Öffnung definierter Größe für das Medium durch den Deckel und damit aus dem Hohlkörper gegeben ist. Eine Austrittsrate von Medium aus dem Hohlkörper kann so zum Beispiel besonders gut dosiert bzw. festgelegt werden.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist das Schneidmittel einstückig mit dem Deckel ausgeführt. Falls in Verbindung mit der oben genannten Ausführungsform ein Anschlussstutzen vorhanden ist, kann alternativ oder zusätzlich auch dieser einstückig mit dem Deckel ausgeführt sein. Schneidmittel und / oder Anschlussstutzen lassen sich so besonders einfach mit einem Deckel kombinieren.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist das gesamte Spitzende des Schneidmittels als einzige umlaufende Schneidspitze ausgebildet. Mit anderen Worten ist eine entartete Schneidspitze in Form einer einzigen umlaufenden Schneide vorhanden, die in einer Querebene zur Verlaufsrichtung des Auslasskanals diesen ringförmig, insbesondere kreisförmig umgibt.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Hohlkörperanordnung gemäß Patentanspruch 11. Diese enthält die erfindungsgemäße Membrananordnung. Außerdem enthält sie den oben beschriebenen Hohlkörper, welcher den Innenraum und die Auslassöffnung aufweist. In der Hohlkörperanordnung ist die Membran in der bestimmungsgemäßen Montageposition am Hohlkörper angebracht, wobei sie in dieser Montageposition die Auslassöffnung mediendicht verschließt. Das Schneidmittel ist in der Montageposition am Hohlkörper angebracht.
  • Der Verschlussfall gilt wie oben erläutert, für Innendrücke unterhalb des Grenzdruckes, das heißt solange die Membran noch unversehrt und nicht durch das Schneidmittel durchstoßen ist.
  • Die Hohlkörperanordnung und zumindest ein Teil deren möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Membrananordnung erläutert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Innenraum vollständig mediendicht vom Hohlkörper umschlossen. Die Auslassöffnung ist die einzige Öffnung des Hohlkörpers, die für ein Ausströmen des Mediums vorgesehen ist bzw. zur Verfügung steht. Dies schließt nicht aus, dass weitere Öffnungen im Hohlkörper bzw. in Bezug auf den Innenraum bestehen. Diese sind jedoch dann nicht für das Ausströmen des Mediums vorgesehen oder bestimmt, sondern zum Beispiel als elektrische Durchführungen oder ähnliches. Somit wird sichergestellt, dass kein Medium aus dem Innenraum ausströmen kann, solange die Membran nicht durchstoßen ist. Ist diese durchstoßen, muss das Medium vollständig durch die Öffnung in der Membran und die Auslassöffnung entweichen. Eine andere Möglichkeit steht für das Medium nicht zur Verfügung. Somit kann eine kontrollierte Medienausleitung aus dem Hohlkörper sichergestellt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Innenraum ein Inertgas, insbesondere Helium oder Argon, als zumindest Teil des Mediums. Insbesondere ist im Ausgangszustand ausschließlich das Inertgast im Innenraum vorhanden, um z.B. den o.g. Kern eines COG zu inertisieren, bevor dieser aktiviert wird. So kann eine Inertatmosphäre in der Hohlkörperanordnung bzw. im Innenraum geschaffen werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hohlkörperanordnung ein chemischer Sauerstoffgenerator bzw. zumindest Teil eines solchen Sauerstoffgenerators. Im Innenraum ist ein chemischer Kern vorhanden. Dieser Kern ist im Ausgangszustand nicht aktiviert, jedoch aktivierbar, um Sauerstoff als zumindest Teil des Mediums zu erzeugen. Bei der Aktivierung erhöht der chemische Kern durch die Sauerstoffproduktion außerdem den Innendruck im Innenraum bis über den Grenzdruck hinweg. Mit anderen Worten wird durch Aktivierung des Kerns Sauerstoff erzeugt, der Innendruck über den Grenzdruck hinweg erhöht, hierdurch die Membran nach und nach ausgewölbt, an das Schneidmittel angedrückt und von diesem schließlich geschnitten bzw. durchstoßen und der Sauerstoff kann die Auslassöffnung passieren. Dank der Erfindung wird ein besonders vorteilhafter Sauerstoffgenerator geschaffen.
  • Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
    • Figur 1
    eine Hohlkörperanordnung in Form eines COG im Querschnitt mit symbolisch angedeuteter Schneidspitze,
    Figur 2
    die Aktivierung und den Betrieb des COG aus Figur 1 in sechs Schritten,
    Figur 3
    die Hohlkörperanordnung aus Figur 1 mit Schneidspitze gemäß Stand der Technik,
    Figur 4a
    eine konkrete Darstellung der Schneidspitze gemäß Stand der Technik aus Figur 3 in einer perspektivischen Schrägansicht aus einem ersten und
    Figur 4b
    einem zweiten Blickwinkel,
    Figur 5
    die Hohlkörperanordnung aus Figur 1 mit Schneidspitze gemäß der Erfindung,
    Figur 6
    eine konkrete Darstellung der Schneidspitze aus Figur 5 in einer perspektivischen Schrägansicht,
    Figur 7a
    eine konkrete Darstellung der Schneidspitze aus Figur 6 mit durchbohrter Membran in einer perspektivischen Schrägansicht aus einem ersten und
    Figur 7b
    einem zweiten Blickwinkel,
    Figur 8
    eine konkrete Darstellung einer ersten und
    Figur 9
    einer zweiten alternativen Schneidspitze gemäß der Erfindung in perspektivischen Schrägansichten.
  • Figur 1 zeigt eine Hohlkörperanordnung 2, hier in Form eines COG, also eines chemischen Sauerstoffgenerators. Die Hohlkörperanordnung 2 enthält einen Hohlkörper 4, hier eine mediendichte, hier heliumdichte, da Helium als Gas eingesetzt wird, Hülse bzw. Gehäuse aus Edelstahl. Dieser weist einen Innenraum 6 sowie eine Auslassöffnung 8 auf. Weiterhin enthält die Hohlkörperanordnung 2 eine Membrananordnung 10, die sich in bzw. an dem Hohlkörper 4 in einer bestimmungsgemäßen Montageposition befindet. Die Membrananordnung 10 ist eine solche für die Auslassöffnung 8 des bestimmungsgemäßen Hohlkörpers 4 und ist zu folgendem eingerichtet: Ein Medium 12, welches sich in dem Innenraum 6 befindet weist einen Innendruck PI auf, der zunächst - in einem Ausgangszustand - kleiner als ein Grenzdruck PG ist. Für Innendruck PI bis zu dem Grenzdruck PG hält die Membrananordnung 10 das Medium 12 vom Durchtritt durch die Auslassöffnung 8, also vom Ausströmen aus dem Innenraum 6 durch die Auslassöffnung 8, ab. "Innendruck PI" ist hier streng genommen die Druckdifferenz der Drücke innerhalb des Innenraumes 6 und in einem Außenraum 14, der den Hohlkörper 4 umgibt bzw. sich außerhalb der Auslassöffnung 8 befindet. Die Membrananordnung 10 ist außerdem dazu eingerichtet, die Auslassöffnung 8 für ein Ausströmen des Mediums 12 aus dem Innenraum 6 zumindest teilweise freizugeben, wenn der Grenzdruck PG durch den Innendruck PI überschritten wird.
  • Die Membrananordnung 10 enthält eine Membran 16. In der dargestellten Montageposition M verschließt diese in dem Ausgangszustand die Auslassöffnung 8 mediendicht und ist hierzu am Hohlkörper 4 angebracht. Die Membran 16 ist ebenfalls eine dünne Edelstahlmembran, die mit dem Hohlkörper 4 mediendicht, hier heliumdicht verschweißt ist und selbst mediendicht ist, stets bezogen auf das Medium 12. Die Membran 16 wiederum ist dazu eingerichtet, sich - ausgehend von dem Ausgangszustand - bei ansteigendem Innendruck PI zunehmend vom Innenraum 6 wegzuwölben bzw. hier zur Auslassöffnung 8 hinzuwölben, dies ausgehend von einem Innendruck PI kleiner dem Grenzdruck PG.
  • Die Membrananordnung 10 enthält außerdem ein Schneidmittel 18 in Form eines Membranschneiders. Auch dieses ist in der Montageposition M am Hohlkörper 4 anbringbar bzw. angebracht und befindet sich auf der dem Innenraum 6 abgewandten Seite der Membran 16, also in Bezug auf den Innenraum 6 jenseits der Membran 16. Das Schneidmittel 18 ist in Figur 1 lediglich symbolisch angedeutet und wird weiter unten detailliert erläutert.
  • In der Montageposition M weisen Membran 16 und Schneidmittel 18 nun folgende Relativlage R zueinander auf: Ausgehend von dem Ausgangszustand und dabei einem Innendruck PI kleiner dem Grenzdruck PG liegt die Membran 16 nicht an dem Schneidmittel 18 an, wie in Figur 1 auch tatsächlich dargestellt ist.
  • Für eine Situation, in welcher der Innendruck PI über den Grenzdruck PG angestiegen ist, liegt die Membran 16 dann jedoch an dem Schneidmittel 18 an, da sie sich vom Innenraum 6 bereits weggewölbt und daher zum Schneidmittel 18 hingewölbt hat. Hierbei bildet sich eine Schneidwirkung des Schneidmittel 18 an der Membran 16 aus, mit anderen Worten wird die Membran 16 dann vom Schneidmittel 18 durchschnitten; dies wird nun anhand von Figur 2 weiter erläutert.
  • Der Innenraum 6 ist also vollständig mediendicht vom Hohlkörper 4 und der Membran 16 umschlossen. Die Auslassöffnung 8 ist die einzige Öffnung des Hohlkörpers 4, die für ein Ausströmen des Mediums 12 zumindest prinzipiell verfügbar ist. Im Innenraum 6 ist ein chemischer Kern 30 vorhanden. Dieser ist in hier nicht näher erläuterter Weise aktivierbar. Bis zu dessen Aktivierung ist der Kern 30 untätig. Ab seiner Aktivierung erzeugt dieser Sauerstoff als einen Teil des Mediums 12. Die Menge des erzeugten Sauerstoffs ist dabei so dimensioniert, dass der Innendruck PI im Innenraum 6 bis über den Grenzdruck PG hin erhöht wird. So lange der Kern 30 noch nicht aktiviert ist, ist einzig Helium als Medium 12 im Innenraum 6 vorgesehen, welches somit den Kern 30 umgibt. Ab der Aktivierung des Kerns 30 entsteht ein Gasgemisch aus Helium und Sauerstoff als Medium 12.
  • Die Hohlkörperanordnung 2 enthält als Teil der Membrananordnung 10 außerdem einen Anschlussstutzen 32. Dieser ist dazu eingerichtet, dass an diesem eine hier nur symbolisch angedeutete Medienleitung 34 anschließbar ist. Die Medienleitung 34 dient dazu, dass bei Aktivierung des Kerns 30, Durchschneiden der Membran 16 und Ausströmen des Mediums 12 aus der Auslassöffnung 8 das Medium 12 zu einem nicht dargestellten Zielort verbracht werden kann. Im Beispiel ist der Zielort eine Sauerstoffmaske für einen Flugpassagier im Innenraum einer Passagierkabine eines Passagierflugzeuges, der im Notfall durch das Medium 12, hier im wesentlichen Sauerstoff, siehe unten, zu versorgen ist. Der Anschlussstutzen 32 stellt damit einen Auslass des COG dar.
  • Figur 2 zeigt die generelle Funktionsweise der Hohlkörperanordnung 2 in Form des COG. Zu einem Zeitpunkt t1 ist der Sauerstoffgenerator in dem Ausgangszustand, nämlich einem Bereitschaftszustand, der Kern 30 ist nicht aktiviert. Das Medium 12 im Innenraum 6, welches den Kern 30 umgibt, ist ausschließlich Helium. Der Sauerstoffgenerator befindet sich, wie oben schon angedeutet, an Bord eines Passagierflugzeuges und dient zur Notfallversorgung von Flugpassagieren mit Sauerstoff.
  • Zum Zeitpunkt t1 tritt eine Notfallsituation ein und es folgt eine Aktivierung 36 (angedeutet durch einen Pfeil) des chemischen Kerns 30. Der Innendruck PI ist kleiner dem Grenzdruck PG.
  • Zu einem Zeitpunkt t2 startet nun die chemische Reaktion im Kern 30. Am Innendruck PI hat sich noch nichts geändert, dieser ist nach wie vor kleiner dem Grenzdruck PG. Die Produktion von Sauerstoff als Teil des Mediums 12 beginnt.
  • Zum Zeitpunkt t3 ist die chemische Reaktion im Kern 30 im Gange, Sauerstoff wird mehr und mehr produziert. Nun steigt der Innendruck PI an, ist jedoch noch kleiner dem Grenzdruck PG. Die Membran 16 beginnt sich nun in Richtung zur Auslassöffnung 8 und damit auf das Schneidmittel 18 zu vorzuwölben.
  • Zum Zeitpunkt t4 ist der Innendruck Pl weiter angestiegen liegen, wodurch sich die Membran 16 vom Innenraum 6 weggewölbt bzw. verformt hat und nun beim Grenzdruck PG schließlich an dem Schneidmittel 18, hier dessen Schneidspitze 24 bzw. Spitzende 22 anliegt. Durch den weiter ansteigenden Innendruck PI im Innenraum 6 entsteht ein Druck der Membran 16 auf das Schneidmittel 18, wodurch dieses eine Schneidwirkung an der Membran 16 entwickelt und beginnt, die Membran 16 zu durchtrennen bzw. zu schneiden.
  • Zum Zeitpunkt t5 hat sich die Schneidwirkung ausgebildet, und das Schneidmittel 18 hat die Membran 16 durchschnitten, sodass eine Öffnung 36 in der Membran entstanden ist. Der Innenraum 6 ist nun nicht mehr mediendicht durch die Membran 16 verschlossen, sondern Medium 12 kann durch die Öffnung 36 aus dem Innenraum 6 ausströmen. Medium kann hierbei an dem Schneidmittel 18 vorbei strömen, wie in Figur 2 konkret gezeigt, kann jedoch auch durch einen Auslasskanal 26 innerhalb des Schneidmittel 18 entweichen, siehe hierzu die Figuren 5 bis 9 weiter unten.
  • Zum Zeitpunkt t6 hat nun das Ausströmen des Mediums 12, nunmehr hauptsächlich Sauerstoff, aus dem Innenraum 6 eingesetzt bzw. ist in vollem Gange, angedeutet durch einen Pfeil 37. Im Kern 30 entsteht weiterhin Sauerstoff, welcher durch die Öffnung 36 bzw. dessen Auslasskanal 26 (siehe unten) die Auslassöffnung 8 passiert, in den Anschlussstutzen 32 gelangt und so schlussendlich vermittels der Medienleitung 34 (in Figur 2 nicht dargestellt) zu dem betreffenden Passagier geführt werden kann.
  • Somit erfolgt ein Druckausgleich des Innenraumes 6 mit der Umgebung bzw. dem Außenraum 14.
  • Figur 3 zeigt symbolisch, die Figuren 4a,b konkret, ein Schneidmittel 18 nach dem Stand der Technik. Das Schneidmittel 18 ist dadurch gebildet, dass aus einem Blech 38 eine Blechnase 40 einseitig freigeschnitten und zum Innenraum 6 hin vorgebogen ist, wodurch sich eine Schneidspitze 24 ausbildet. Bei ansteigendem Innendruck Pl legt sich auch hier die Membran 16 an die Schneidspitze 24 an, wird sinngemäß gemäß Figur 2 von dieser durchtrennt. Medium 12 kann dann durch die Durchbrechung 42 im Blech 38, welche durch Herausbiegen der Blechnase 40 entstanden ist, strömen. Problematisch ist hier, dass sich gegebenenfalls Teile der Membran 16 über die Durchbrechung 42 legen oder sich die Membran 16 an den Flachseiten bzw. der Struktur der Blechnase 40 flächig anleget und der Flächendruck der Schneidspitze 24 dann an der Membran 16 nicht ausreicht, um diese zuverlässig und sicher zu schneiden.
  • Die Figuren 3, 4a und 4b zeigen damit einen Membranschneider als ausgestanzte und herausgebogene Ausprägung eines Deckels 50 für die Auslassöffnung 8.
  • Die Figuren 5 bis 9 zeigen Schneidmittel 18 gemäß der Erfindung.
  • Das Schneidmittel 18 ist dabei nach Art einer Kanüle 20 ausgebildet. Diese weist ein Spitzende 22 auf, welches in der Montageposition M zur Membran 16 hin weist. Die Kanüle 20 läuft am Spitzende 22 in wenigstens einer (Figur 5 zeigt eine einzige) Schneidspitze 24 zu. Weiterhin enthält die Kanüle 20 einen Auslasskanal 26, der dadurch gebildet ist, dass eine Wandung 28 des Schneidmittels 18 diesen Auslasskanal 26 umgibt.
  • Bei durchtrennter Membran 16 (siehe Figur 7a,b) ist das Medium 12 vermittels des Auslasskanals 26 durch die Auslassöffnung 8 (siehe Figur 5) durchführbar. Somit ist die Auslassöffnung 8, wie oben erwähnt, vermittels des Auslasskanals 26 bei durchtrennter Membran 16 für das Medium 12 freigegeben.
  • Im Ausführungsbeispiel Figur 5 ist der Anschlussstutzen 32 am Hohlkörper 4 angeschweißt und ebenfalls aus Edelstahl mediendicht, hier heliumdicht, ausgeführt und umgibt damit die Auslassöffnung 8 mediendicht, sodass sämtliches aus der Auslassöffnung 8 ausströmende Medium in die Medienleitung 34 geleitet wird.
  • Gegenüber der bekannten Ausführungsform nach Figuren 3 und 4a,b ergibt sich hier eine deutlich höhere Flächenpressung der Membran 16 an der Schneidspitze 24 des Schneidmittel 18, sodass ein flächiges Anliegen der Membran 16 an dem Schneidmittel 18 ausgeschlossen ist.
  • Figur 6 zeigt eine perspektivische Darstellung einer möglichen Ausführungsform des Schneidmittels 18 aus Figur 5. Das Schneidmittel 18 weist hierbei eine den Auslasskanal 26 vollständig umlaufende Schneide 44 für die Membran 16 auf. Außerdem ist zu erkennen, wie die Wandung 28 den Auslasskanal 26 vollumfänglich und geschlossen umgibt. In Figur 6 ist ein einziger Abschnitt 46 der Schneide 44 als einzige Schneidspitze 24 ausgebildet. An dieser entsteht somit bei Anlegen der Membran 16 eine besonders hohe Flächenpressung und eine besonders gute Schneidwirkung. Die Schneide 44 verläuft schräg (in einer Schrägebene) zu einer hier gestrichelt angedeuteten Erstreckungsrichtung 48 des Auslasskanals 26.
  • In der Ausführungsform gemäß Figur 6 enthält die Membrananordnung 10 einen Deckel 50. Dieser ist in der Montageposition M an dem Hohlkörper 4 befestigbar bzw. befestigt. Das Schneidmittel 18 in Form der Kanüle 20 wiederum ist an dem Deckel 50 befestigt bzw. hier einstückig mit diesem ausgebildet. In Figur 5 ist lediglich symbolisch angedeutet, wie der Deckel 50 mit dem Hohlkörper 4 mediendicht verschweißt ist. Der Deckel 50 selbst ist mediendicht aus Metall gefertigt. Somit ist der Deckel 50 selbst mediendicht ausgeführt und in der Montageposition mediendicht am Hohlkörper 4 angebracht. Der Auslasskanal 26 stellt die einzige, den Deckel 50 und damit die Auslassöffnung 8 durchsetzende Passage dar, durch welche Medium 12 aus dem Innenraum 6 überhaupt entweichen kann.
  • Die Figur 7a,b zeigen aus verschiedenen räumlichen Perspektiven eine Ansicht auf die Membran 16 aus dem Innenraum 6 des Hohlkörpers 4 ab dem Zeitpunkt t5 aus Figur 2, wenn nämlich die Membran 16 von dem Schneidmittel 18 durchschnitten wurde und sich um die Kanüle 20 herum gelegt hat, d.h. an der Wandung 28 radial außen bzw. umfänglich anliegt. Somit ist der Auslasskanal 26 für Medium 12 vollständig freigegeben.
  • Hier ist gut zu erkennen, wie eine auch nur teilweise Überdeckung des Auslasskanals 26 durch die Membran 16 aufgrund der Ausprägung des Schneidmittel 18 als Kanüle 20 wirkungsvoll verhindert ist. Der Auslasskanal 26 ist vollständig freigegeben und steht für Ausströmen des Mediums 12 zur Verfügung. Durch die Dimensionierung des Auslasskanals 26 und der Umsetzung des chemischen Kerns 30 in Sauerstoff kann somit eine Durchflussrate von Medium 12 durch den Auslasskanal 26 zuverlässig dimensioniert werden.
  • Die Figuren 5 bis 7b zeigen das Schneidmittel 28 als ein separates Teil, angelehnt an eine Hohlnadel. Eine Kombination mit einem Anschlussstutzen 32 gemäß Figur 8 ist hier möglich bzw. angestrebt (nicht dargestellt).
  • Figur 8 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Schneidmittel 18 in Form einer Kanüle 20. Hier ist ebenfalls eine den Auslasskanal 26 vollständig umgebende Schneide 44 vorgesehen. Die gesamte Schneide 44 bildet dabei einen einzigen Abschnitt 46 der als einzige Schneidspitze 24 nach Art einer Ringschneide ausgebildet ist. Hier schließt sich an das Spitzende 24 gleich der Anschlussstutzen 32 für die Medienleitung 34 an. Das Schneidmittel 18 selbst weist also den Anschlussstutzen 32 auf, welcher dem Spitzende 22 gegenüberliegt.
  • Figur 8 zeigt damit eine rotationssymmetrische Hohlnadel mit zentrischer Bohrung zum Durchstoßen der Membran 16 als separates Teil, jedoch mit einem Auslass bzw. Anschlussstutzen 32 kombiniert.
  • Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Schneidmittel 18. Auch dieses weist eine ringförmig quer bzw. eben den Auslasskanal 26 umlaufende Schneide 44 auf, die einen gesamten Abschnitt 46 darstellt, welcher insgesamt wieder als Ringschneide in Form einer Schneidspitze 24 ausgebildet ist, insofern vergleichbar zur Ausführungsform nach Figur 8. Hier ist das Schneidmittel 18 wieder als Teil eines Deckels 50 gemäß Figur 6 ausgebildet und ebenfalls einstückig mit diesem ausgeführt. Mit anderen Worten bildet das Schneidmittel 18 hier eine rotationssymmetrische Ausformung zum Durchstoßen der Membran 16 als in den Deckel 50 und damit ein Gehäuse der Hohlkörperanordnung 2 (eines Teils der Hohlkörperanordnung 2) integrierte Ausprägung dar. An der Anordnung gemäß Figur 9 ist dann zum Beispiel wieder ein separater Anschlussstutzen 32 anbringbar (nicht dargestellt).
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Hohlkörperanordnung
    4
    Hohlkörper
    6
    Innenraum
    8
    Auslassöffnung (Hohlkörper)
    10
    Membrananordnung
    12
    Medium
    14
    Außenraum
    16
    Membran
    18
    Schneidmittel
    20
    Kanüle
    22
    Spitzende
    24
    Schneidspitze
    26
    Auslasskanal (Kanüle)
    28
    Wandung
    30
    Kern (chemisch)
    31
    Aktivierung (Pfeil)
    32
    Anschlussstutzen
    34
    Medienleitung
    36
    Öffnung (Membran)
    37
    Pfeil
    38
    Blech
    40
    Blechnase
    42
    Durchbrechung
    44
    Schneide
    46
    Abschnitt (Schneide)
    48
    Erstreckungsrichtung
    50
    Deckel
    M
    Montageposition
    PI
    Innendruck
    PG
    Grenzdruck
    R
    Relativlage
    t1-6
    Zeitpunkt

Claims (14)

  1. Membrananordnung (10) für eine Auslassöffnung (8) eines bestimmungsgemäßen Hohlkörpers (4) mit einem Innenraum (6) für ein Medium (12) und der Auslassöffnung (8) für das Medium (12),
    - mit einer Membran (16), die in einer bestimmungsgemäßen Montageposition (M) die Auslassöffnung (8) mediendicht verschließend am Hohlkörper (4) anbringbar ist und dabei dazu eingerichtet ist, sich bei steigendem Innendruck (PI) zunehmend vom Innenraum (6) wegzuwölben,
    - mit einem in der Montageposition (M) am Hohlkörper (4) anbringbaren Schneidmittel (18), das dabei in Bezug auf den Innenraum (6) jenseits der Membran (16) angeordnet ist,
    - wobei in der Montageposition (M) die Membran (16) und das Schneidmittel (18) eine Relativlage (R) zueinander aufweisen, in der das Schneidmittel (18) bis zu einem Innendruck (PI) in Höhe eines Grenzdrucks (PG) nicht an der Membran (16) anliegt und bei Überschreiten des Grenzdruckes (PG) unter Ausbildung einer die Membran (16) durchtrennenden Schneidwirkung an der Membran (16) anliegt,
    - wobei das Schneidmittel (18) nach Art einer an einem Spitzende (22) zur Membran (16) hin in wenigstens einer Schneidspitze (24) zulaufenden Kanüle (20) ausgebildet ist, die einen Auslasskanal (26) und eine diesen umgebende Wandung (28) aufweist,
    - wobei das Medium (12) bei durchtrennter Membran (16) vermittels des Auslasskanals (26) durch die Auslassöffnung (8) durchführbar ist,
    - wobei die Auslassöffnung (8) vermittels des Auslasskanals (26) bei durchtrennter Membran (16) zumindest teilweise für das Medium (12) freigegeben ist.
  2. Membrananordnung (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Schneidmittel (18) eine den Auslasskanal (26) zumindest teilweise umlaufende Schneide (44) für die Membran (16) aufweist.
  3. Membrananordnung (10) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens ein jeweiliger Abschnitt (46) der Schneide (44) als wenigstens eine der Schneidspitzen (24) ausgebildet ist.
  4. Membrananordnung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schneide (44) schräg zu einer Erstreckungsrichtung (48) des Auslasskanals (26) verläuft.
  5. Membrananordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Schneidmittel (18) einen in Bezug auf den Auslasskanal (26) dem Spitzende (22) gegenüberliegenden Anschlussstutzen (32) für eine Medienleitung (34) aufweist.
  6. Membrananordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Membrananordnung (10) einen Deckel (50) enthält, der in der Montageposition (M) an dem Hohlkörper (4) befestigbar ist und die Membran (16) und / oder das Schneidmittel (18) mediendicht am Deckel (50) befestigt ist.
  7. Membrananordnung (10) nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Deckel (50) in der Montageposition (M) mediendicht am Hohlkörper (4) anbringbar ist und / oder der Deckel (50) selbst mediendicht ausgeführt ist.
  8. Membrananordnung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Auslasskanal (26) die einzige den Deckel (50) durchsetzende Öffnung für das Medium (12) darstellt.
  9. Membrananordnung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Schneidmittel (18) und / oder - falls vorhanden - der Anschlussstutzen (32) einstückig mit dem Deckel (50) ausgeführt ist.
  10. Membrananordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das gesamte Spitzende (22) als einzige den Auslasskanal (26) umlaufende Schneidspitze (24) ausgebildet ist.
  11. Hohlkörperanordnung (2),
    - mit der Membrananordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    - mit dem Hohlkörper (4) mit dem Innenraum (6) und der Auslassöffnung (8),
    - wobei die Membran (16) in der bestimmungsgemäßen Montageposition (M) die Auslassöffnung (8) mediendicht verschließend am Hohlkörper (4) angebracht ist,
    - wobei das Schneidmittel (18) in der Montageposition (M) am Hohlkörper (4) angebracht ist.
  12. Hohlkörperanordnung (2) nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Innenraum (6) vollständig mediendicht vom Hohlkörper (4) umschlossen ist und die Auslassöffnung (8) die einzige Öffnung des Hohlkörpers (4) für ein Ausströmen des Mediums (12) ist.
  13. Hohlkörperanordnung (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Innenraum (6) ein Inertgas als zumindest Teil des Mediums (12) enthält.
  14. Hohlkörperanordnung (2) nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hohlkörperanordnung (2) ein chemischer Sauerstoffgenerator ist, wobei im Innenraum (6) ein chemischer Kern (30) vorhanden ist, der aktivierbar ist, um Sauerstoff als zumindest Teil des Mediums (12) zu erzeugen und dabei den Innendruck (PI) im Innenraum bis über den Grenzdruck (PG) hinweg zu erhöhen.
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