WO2003084785A1 - Contenedor de gas a presion - Google Patents

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WO2003084785A1
WO2003084785A1 PCT/ES2002/000175 ES0200175W WO03084785A1 WO 2003084785 A1 WO2003084785 A1 WO 2003084785A1 ES 0200175 W ES0200175 W ES 0200175W WO 03084785 A1 WO03084785 A1 WO 03084785A1
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Damián MARTINEZ HUERTAS
Enrique Alcala Fazio
Marco Antonio Carrascosa Perez
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Dalphi Metal España, S.A.
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Definitions

  • the present invention relates to a pressurized gas container intended for inflating airbags used in motor vehicles and for other purposes that require the rapid evacuation of a pressure gas accumulated in a tank such as, for example, prestressing seat belts. and the extinction of fires and explosions. More specifically, the present invention relates to a pressurized gas container that employs a small pyrotechnic charge to activate the tank opening mechanism.
  • US 6,234,522 describes a hybrid gas generator for an airbag with a mechanical mechanism for opening the gas tank based on the actuation of a piston, activated by the gas generated in a combustion chamber by an explosive charge, on a first disk of rupture that closes 0 the gas container and a second rupture disk located between the combustion chamber and the sliding cavity of the piston.
  • the basic mechanism for opening the rupture disk that closes the gas tank It consists, then, of a piston that pierces it acting in a direction opposite to that of the gas pressure on it.
  • Patent application EP 0 862 004 describes a compressed gas generator with a rapid release mechanism of the gas contained in a tank with an opening closed by a rupture disc in which there are means for supporting the rupture disc which, when the opening mechanism is activated, by means of a small explosion, they stop acting as support means allowing the exit of the pressurized gas and regulating its flow when moving in a controlled way thanks to damping means.
  • US 6,237,951 discloses a compressed gas generator in which the gas tank has an opening hermetically sealed by a film supported on a support that can be destroyed in a controlled manner when a device is activated for this purpose. The support includes a piece that breaks the film when the support destruction device is fired but before it moves.
  • Patent application WO 99/12775 describes an opening device for a gas container intended to inflate an airbag formed by a housing coupled to the mouth of the container.
  • the container has a sealing element that closes the gas outlet orifice and which, by means of a pressure piece, rests on a counter support, resisting the pressure exerted by the gas on the sealing element.
  • a throttle plate is included before said sealing element delimiting between these elements a pressure chamber.
  • Patent application EP 1 075 988 describes a compressed gas generator in which the gas outlet orifice is closed with a breakable element that rests on a support to resist the gas pressure. The part of the breakable element that is in contact with the support is separated from the rest when a pyrotechnic device acts, allowing the gas to escape.
  • the invention aims to incorporate a safety mechanism into the gas generator that allows the gas to escape when the pressure difference on the two faces of the gas outlet opening closing element reaches a certain limit.
  • the gas container object of the present invention is formed by a gas storage tank, which includes a closing device in its upper part that partially resists the pressure of the gas accumulated inside the tank, and which therefore requires an additional mechanism that contributes to resist said pressure to keep said tank closed, and a distributor body rigidly attached to the upper part of the tank that houses inside a support device that provides the closure device with additional resistance mentioned, a pyrotechnic device to undo said support device and allow the opening of the tank and a gas outlet chamber with outflow ducts.
  • the tank closing device is constituted by a calibrated passage plate with a central hole for the gas outlet on whose external face, in the direction of gas exit, a rupture disk is arranged attached to the plate of passage calibrated by a circumferential weld that leaves inside said hole.
  • the support device includes a pillar that, when the pyrotechnic device acts, moves to a release chamber provided in the distributor body or is destroyed by dropping the remains into said release chamber, eliminating the additional resistance provided by the Support device to prevent breakage of the rupture disc.
  • This release chamber is located in an area other than the generator's gas outlet chamber so that they do not come into contact with any of the materials involved in the displacement or destruction of said pillar.
  • the support device in which the abutment moves to the release chamber when the pyrotechnic device operates, includes three basic elements: a disk support as a direct support of the rupture disk, said abutment and a plug in contact with the distributor body which, when the tank is closed, are requested to pure compression by the gas pressure.
  • the device can include two centering pieces between the mentioned elements as auxiliary parts.
  • the disk support can move within a conduit of the distributor body located between the gas outlet chamber and the release chamber and has a part that acts as a stop and close to isolate said chambers.
  • the support device includes only the disc support and the abutment which, as in the first embodiment, are requested in pure compression.
  • the disk support also includes in both embodiments an inner duct that flows into a chamber communicated with the generator's gas outlet chamber by radial ducts. If the rupture disc breaks when the gas pressure exceeds a certain value, the gas in the container does not exit directly to the gas outlet chamber but through the said inner ducts of the disk support, thereby providing a safety mechanism to the gas container.
  • the gas container according to the present invention can have the external gas evacuation ducts arranged so that its axis is perpendicular or parallel to the axis of the container, which favors its adaptability to different types of devices, be they airbags, prestressing devices of belts, fire extinguishing devices or explosions or others.
  • Figure 1 is a perspective view of a compressed gas container.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the set of elements that constitute a pressurized gas container according to a first embodiment of the invention with movable pillar.
  • Figure 3 is a partial perspective view of the interior of the pressurized gas generator according to the first embodiment of the invention showing the support device and the pyrotechnic device included therein.
  • Figure 4 is a perspective view of the pressurized gas container according to the invention cut in a vertical plane (in relation to the position shown in Figure 1).
  • Figure 5 is a view of the cutting section of Figure 4.
  • Figure 6 is a sectional view of the section along the same plane as the
  • Figure 5 of a second embodiment of the invention with destructible abutment Figures 7 and 8 are partial views of the aforementioned cutting section showing the pressurized gas container before and after the pyrotechnic device is activated.
  • Figures 9 and 10 are partial views of the aforementioned cutting section showing the pressurized gas container before and after a rupture of the rupture disk.
  • Figure 11 is a perspective view of an inner section of the second embodiment of the invention showing axial gas evacuation ducts.
  • Figure 12 is a perspective view of an inner section of the second embodiment of the invention showing gas evacuation ducts with an axial and a radial part.
  • the pressurized gas container is formed, in a first embodiment of the present invention, which we will describe below, by a cylindrical tank 1 where the pressurized gas and a series of elements will be stored, located inside a distributor body 29, to keep it tightly closed until an opening mechanism that facilitates the exit of the gas is activated.
  • the tank 1 acts as a gas accumulator, which can be any type of gas and especially a mixture of noble gases.
  • the tank 1 must be airtight and therefore its lower part 12, where the filling of the gas is carried out, must be configured so that it can proceed and that it can be sealed tightly after filling the gas.
  • the tank 1 On its upper part, the tank 1 is closed by means of the calibrated passage plate 2, which has a central hole 9 of diameter d1 for the gas outlet, and the rupture disk 3 that seals said hole and is welded to the plate 2 to ensure the level of tightness necessary.
  • the opening device located inside the distributor body 29 includes, on the one hand, a support device for the breaking disc 3 for keep the tank 1 closed and, on the other hand, a device for activating the rupture of the rupture disc 3 so that the gases leave at the desired time.
  • the support device comprises the following elements: the disk support 4, the lower centering piece 5, the pillar 6, the upper centering piece 7 and the upper cap 8.
  • the activation mechanism comprises the ignition device 10 and the impactable mass 11.
  • the calibrated passage plate 2 resists this effort by being attached to the tank 1 by welding of sufficient width.
  • the rupture disk 3 is communicated with the tank 1 through the hole 9 of diameter d1 made in the calibrated passage plate 2, such that its inner face is in contact with the pressurized gas. To resist this pressure, the rupture disk 3 is welded to the calibrated passage plate 2 circumferentially and weld diameter D.
  • the central part of the rupture disk 3 is deformed by a distance h, of a value dependent on its thickness and the welding diameter D, which must be greater as long as the diameter d1 chosen for the hole 9 of the step plate calibrated 2, depending on the gas evacuation requirements.
  • the rupture disk 3 is sized so that it cannot withstand the internal pressure of the gas accumulated in the tank 1 in need of an additional support mechanism.
  • Figure 3 shows, in its lower part, that mechanism, once assembled the elements that integrate it, that is to say the disk support 4 at one end, the pillar 6 in the center, the plug 8 at the other end and the pieces centering machines 5 and 7 as auxiliary elements.
  • the opening activation mechanism has also been placed to illustrate its operation: the ignitor 10 will fire the mass 11 that will move from its position on the pillar 6 depriving the rupture disk 3 of the support provided by the disk support 4, which will move freely to the right as pillar 6 does not prevent it.
  • the first element of the support mechanism is concentrically located with the calibrated passage plate 2 and is formed by a first part 30 with an inner duct 16 of diameter d3, a second part 31 in which said inner duct and in which there are also ducts 17, 18 of diameter d4 of perpendicular axis to that of duct 16 and a third solid part 32.
  • the first part 31 serves as a centering for the calibrated passage plate 2 and for the distributor body 29 which in turn it focuses on disk support 4.
  • the disk support 4 which in turn transmits the load to the pillar 6, this one to the upper cap 8 and this one to the distributor body 29.
  • the distributor body 29 is statically balanced since its lower part is embedded by the closure of the mouth 14 of the tank 1, above the calibrated passage plate 2, which is located in the step 15 of the upper part of the tank, which is used to define the distance h between the disc Breaking 3 and disk support 4.
  • the disk support 4 includes, as we have said, an inner duct 16, axial with respect to the axis of the tank, whose diameter d3 serves as a parameterizing element of the pressure at which the rupture disk 3 acts as a safety valve. It also has inner ducts 17, 18 perpendicular to the axis of the tank 1 and also normal to each other to regulate the gas flow outlet speed in the operating situation as a safety valve. Mounted on the distributor body 29, is the pyrotechnic ignitor
  • the igniter 10 is electrically powered and the explosion of the pyrotechnic charge is activated, generating a peak of pressure in the chamber 19 which causes the impacted mass 11 to collide with the pillar 6.
  • This shock it makes the pillar 6 pivot clockwise, overcoming the frictional force between the upper cap 8 and the pillar 6 and also overcoming the resistant pivoting moment between the pillar 6 and the disc support 4.
  • the difference of surface hardness between the disk support 4 and the pillar 6, choosing for each of them appropriate materials, causes, due to the compression to which they are subjected, a small circular notch is made in the disk support 4 that facilitates the pivot
  • a small plane is generated in the pillar 6 designed to work with the force that balances the assembly and, in addition, to facilitate pivoting when the impacted mass 11 hits the pillar 6.
  • the lower centering piece 5 is a plastic piece whose function is to center the elements that go inside it, that is to say the disk support 4 and the pillar 6, with respect to the distributor body 29 in addition to facilitating assembly.
  • the upper centering piece 7 is a plastic piece whose function is to center the elements that go inside it, that is to say the pillar 6 and the cap 8, with respect to the distributor body 29, in addition to facilitating assembly.
  • Both centering pieces 5, 7 include weakened areas 35, 37 on the far side of the ignitor 10 to allow easy exit of the pillar 6 when the mass 11 impacts it.
  • the displacement of the abutment 6 is carried out so that it does not interfere with the movement of the disk support 4. Due to the volume of the chamber 20 delimited in the distributor body 29 in the location area of the abutment 6 and the geometry of the disk support 4, the displacement of the disk support 4 along the conduit 25 occurs without permanent resistances other than the pressure of the chamber 20, controlled by the conduit 21 of diameter d2 that puts it in contact with the outside.
  • Figure 6 shows a second embodiment of the invention which, as can be seen by comparing it with Figure 4, only differs from the first embodiment in that the support device only comprises the support - disk lu 4 and a pillar 6 and that the pyrotechnic device is configured to destroy the pillar, instead of displacing it.
  • the igniter 10 When the device needs to be activated, such as when an accident is detected if the generator is used to inflate an airbag of a motor vehicle, the igniter 10 is electrically powered and the pyrotechnic explosion is activated, generating a pressure wave in the release chamber 20, and the spontaneous rupture of the pillar 6 due to its internal location and the increase in local stresses of the material.
  • the gas generated in the explosion of the igniter 10 is expelled through the conduit 21 of diameter d2, it being possible to control the speed of movement of the disk support 4 with the pressure existing in the release chamber 20 by the diameter d2 of the conduit 21.
  • the breakage of the pillar 6 is carried out so that the resulting pieces do not interfere with the movement of the disk support 4 and cannot escape through the conduit 21. Due to the volume of the chamber 20 and the geometry of the support of the disk 4, the volume of the pieces of fractionated material, allows the displacement of the disk support 4 through the conduit 25 without permanent resistances other than the pressure in the release chamber controlled by the diameter of the conduit 21.
  • the rupture disk 3 also acts as a safety valve, as we will see below, following Figures 9 and 10.
  • the rupture disc 3 can break if the pressure difference between its inner and outer face it reaches a certain limit value. In that case, the gas enters the inner conduit 16 of the disk support 4 which flows into the chamber 26 that communicates with the gas outlet chamber 22 through the ducts 17, 18 in diameter d4. The gas will flow out from the gas outlet chamber 22 through the pipes 23 of diameter d5 located in the distributor body 29.
  • the configuration of the distributor body includes as we have seen a gas outlet chamber 22 separated from the release chamber 20 where the displacement of the pillar 6 of the support device takes place as a result of the impact of mass 11 or its destruction by the explosion of the pyrotechnic charge.
  • That gas outlet chamber 22 has radial outlet ducts 23 near the mouth of the tank 1.
  • the gas outlet ducts are not configured like the aforementioned radial ducts 23.
  • Figure 11 shows axial ducts 43 leading to the upper end of the distributor body and Figure 12 ducts with an axial part 43 and a radial part 44 away from the mouth of the tank 1. As shown in Figures 11 and 12, these ducts are separated from the release chamber 20 so that the exhaust gases do not drag any material from the elements involved in the activation mechanism of the opening device.

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Abstract

El contenedor de gas objeto de la presente invención incluye un depósito de gas con un dispositivo de cierre en su parte superior que resiste parcialmente la presión del gas acumulador en el interior del depósito y un cuerpo distribuidor acoplado al depósito por su parte superior que alberga en su interior un dispositivo de soporte que contribuye a mantener cerrado el depósito y un dispositivo pirotécnico para deshacer dicho dispositivo de soporte y permitir la apertura del depósito. El cuerpo distribuidor tiene en su interior una cámara de liberación asociada al dispositivo pirotécnico que queda totalmente independizada de la cámara de salida de gases. El dispositivo de soporte incluye un elemento de apoyo del disco de rotura y un pilar desplazable o destruible por la actuación del dispositivo pirotécnico.

Description

CONTENEDOR DE GAS A PRESIÓN
CAMPO DE LA INVENCIÓN
5 La presente invención se refiere a un contenedor de gas a presión destinado al inflado de airbags utilizados en vehículos automóviles y a otros fines que necesitan la rápida evacuación de un gas a presión acumulado en un depósito como, por ejemplo, el pretensado de cinturones de seguridad y la extinción de incendios y explosiones. l o Más concretamente, la presente invención se refiere a un contenedor de gas a presión que emplea una pequeña carga pirotécnica para activar el mecanismo de apertura del depósito.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
15
Se conocen en la técnica varios tipos contenedores de gas a presión con un mecanismo de apertura activado por un mecanismo pirotécnico, a los que se llama generadores de gas comprimido o generadores de gas híbridos, cuando utilizan una cantidad importante de explosivo. 0 La patente US 6,206,420 describe un generador de gas comprimido en el que el depósito de gas tiene una abertura cerrada de manera hermética por una lámina que está soportada en, al menos una parte sustancial de su superficie libre por un elemento que puede retraerse de su posición de soporte al explotar una carga pirotécnica situada en un compartimento del dispositivo de soporte. 5 Cuando eso sucede, dicha lámina de cierre se rompe y deja salir el gas.
La patente US 6,234,522 describe un generador de gas híbrido para un airbag con un mecanismo mecánico de apertura del depósito de gas basado en la actuación de un pistón, activado por el gas generado en una cámara de combustión por una carga explosiva, sobre un primer disco de rotura que cierra 0 el contenedor de gas y un segundo disco de rotura situado entre la cámara de combustión y la cavidad de deslizamiento del pistón. En este generador, el mecanismo básico de apertura del disco de rotura que cierra el depósito de gas consiste, pues, en un pistón que lo perfora actuando en una dirección contraria a la de la presión del gas sobre él.
La solicitud de patente EP 0 862 004 describe un generador de gas comprimido con un mecanismo de liberación rápida del gas contenido en un depósito con una abertura cerrada por un disco de rotura en el que existen unos medios de soporte del disco de rotura que, cuando se activa el mecanismo de apertura, mediante una pequeña explosión, dejan de actuar como medios de soporte permitiendo la salida del gas a presión y regulando su flujo al moverse de una manera controlada gracias a unos medios de amortiguación. La patente US 6,237,951 describe un generador de gas comprimido en el que el depósito de gas tiene una abertura cerrada de manera hermética por una película apoyada en un soporte que puede ser destruido de una manera controlada al activarse un dispositivo al efecto. El soporte incluye una pieza que rompe la película al dispararse el dispositivo de destrucción del soporte pero antes de que éste se mueva.
La solicitud de patente WO 99/12775 describe un dispositivo de apertura para un contenedor de gas destinado a inflar un airbag formado por una carcasa acoplada a la boca del contenedor. El contenedor tiene un elemento de obturación que cierra el orificio de salida de gas y que, por medio de una pieza de presión se apoya en un contrasoporte, resistiendo la presión ejercida por el gas sobre el elemento de obturación. Se dispone de un mecanismo de disparo que suprime el apoyo del elemento de obturación facilitando la apertura del orificio de salida del gas. Para controlar el flujo de salida de gas, se incluye una placa de estrangulación antes del mencionado elemento de obturación delimitando entre esos elementos una cámara de presión.
La solicitud de patente EP 1 075 988 describe un generador de gas comprimido en el que el orificio de salida del gas está cerrado con un elemento rompible que se apoya en un soporte para resistir la presión del gas. La parte del elemento rompible que está en contacto con el soporte se separa del resto cuando actúa un dispositivo pirotécnico, permitiendo la salida del gas.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención tiene por objeto solucionar varios inconvenientes de los generadores de gas híbridos conocidos en la técnica y particularmente:
- Impedir que los gases de salida del generador puedan arrastrar elementos producidos por los mecanismos pirotécnicos que activan el dispositivo de apertura del depósito de gas.
- Evitar que el sistema de soporte del elemento de cierre del orificio de salida de gas del depósito sea sometido a esfuerzos diferentes de los de compresión pura. - Evitar que la rotura del elemento de cierre del orificio de salida de gas del depósito se produzca por un mecanismo distinto de la diferencia de presión entre sus dos caras y en una dirección y sentido distintos a los de la salida del gas.
- Eliminar el desplazamiento de piezas en dirección diferente a la del flujo de salida de los gases cuando se desactiva el mecanismo de soporte del elemento de cierre del orificio de salida de gas del depósito.
Adicionalmente, la invención pretende incorporar al generador de gas un mecanismo de seguridad que permita la salida del gas cuando la diferencia de presión sobre las dos caras del elemento de cierre del orificio de salida de gas alcance un cierto límite.
Para alcanzar esos objetivos, el contenedor de gas objeto de la presente invención está formado por un depósito para el almacenamiento del gas, que incluye un dispositivo de cierre en su parte superior que resiste parcialmente la presión del gas acumulado en el interior del depósito, y que precisa en consecuencia de un mecanismo adicional que contribuya a resistir dicha presión para mantener cerrado dicho depósito, y un cuerpo distribuidor unido rígidamente a la parte superior del depósito que alberga en su interior un dispositivo de soporte que proporciona al dispositivo de cierre la resistencia adicional mencionada, un dispositivo pirotécnico para deshacer dicho dispositivo de soporte y permitir la apertura del depósito y una cámara de salida de gases con conductos de evacuación hacia el exterior. Según la invención, el dispositivo de cierre del depósito está constituido por una placa de paso calibrado con un orificio central para la salida del gas sobre cuya cara externa, en el sentido de salida del gas, se dispone un disco de rotura unido a la placa de paso calibrado por una soldadura circunferencial que deja en su interior al mencionado orificio.
Por su parte, el dispositivo de soporte incluye un pilar que, cuando actúa el dispositivo pirotécnico, se desplaza a una cámara de liberación prevista en el cuerpo distribuidor ó se destruye cayendo los restos a dicha cámara de liberación, eliminando la resistencia adicional proporcionada por el dispositivo de soporte para evitar la rotura del disco de rotura. Esa cámara de liberación está ubicada en una zona distinta de la cámara de salida de gases del generador de manera que estos no entran en contacto con ninguno de los materiales involucrados en el desplazamiento o destrucción del mencionado pilar. En una primera realización, en la que el pilar se desplaza a la cámara de liberación cuando actúa el dispositivo pirotécnico, el dispositivo de soporte incluye tres elementos básicos: un apoyo de disco como soporte directo del disco de rotura, el mencionado pilar y un tapón en contacto con el cuerpo distribuidor que, cuando el depósito está cerrado, están solicitados a compresión pura por la presión del gas. Para garantizar esta condición el dispositivo puede incluir como piezas auxiliares dos piezas centradoras entre los mencionados elementos.
El apoyo de disco puede moverse dentro de un conducto del cuerpo distribuidor situado entre la cámara de salida de gases y la cámara de liberación y tiene una parte que actúa de tope y cierre para incomunicar dichas cámaras. En una segunda realización, en la que el pilar se destruye cuando actúa el dispositivo pirotécnico, el dispositivo de soporte incluye únicamente el apoyo de disco y el pilar que, como en la primera realización, están solicitados a compresión pura. El apoyo de disco incluye así mismo en ambas realizaciones un conducto interior que desemboca en una cámara comunicada con la cámara de salida de gases del generador por conductos radiales. Si el disco de rotura se rompe cuando la presión del gas supera un valor determinado, el gas del contenedor no sale directamente a la cámara de salida de gases sino a través de los mencionados conductos interiores del apoyo de disco, proporcionándose con ello un mecanismo de seguridad al contenedor de gas. El contenedor de gas según la presente invención puede tener los conductos de evacuación de gases al exterior dispuestos de manera que su eje sea perpendicular o paralelo al eje del contenedor, lo que favorece su adaptabilidad a distintos tipos de dispositivos, sean airbags, dispositivos de pretensado de cinturones, dispositivos de extinción de incendios o explosiones ú otros.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa, y en ningún sentido limitativa, de su objeto en relación con los dibujos que se acompañan.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un contenedor de gas comprimido. La Figura 2 es una vista en perspectiva y en despiece ordenado del conjunto de elementos que constituyen un contenedor de gas a presión según una primera realización de la invención con pilar desplazable.
La Figura 3 es una vista parcial en perspectiva del interior del generador de gas a presión según la primera realización de la invención que muestra el dispositivo de soporte y el dispositivo pirotécnico incluidos en el mismo.
La Figura 4 es una vista en perspectiva del contenedor de gas a presión según la invención cortado por un plano vertical (en relación a la posición mostrada en la Figura 1). La Figura 5 es una vista de la sección de corte de la Figura 4. La Figura 6 es una vista en sección de corte por el mismo plano que la
Figura 5 de una segunda realización de la invención con pilar destruible. Las Figuras 7 y 8 son vistas parciales de la sección de corte mencionada que muestran al contenedor de gas a presión antes y después de activarse el dispositivo pirotécnico.
Las Figuras 9 y 10 son vistas parciales de la sección de corte mencionada que muestran al contenedor de gas a presión antes y después de una ruptura del disco de rotura.
La Figura 11 es una vista en perspectiva de un corte interior de la segunda realización de la invención mostrando unos conductos axiales de evacuación de gases. La Figura 12 es una vista en perspectiva de un corte interior de la segunda realización de la invención mostrando unos conductos de evacuación de gases con una parte axial y otra radial.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Siguiendo las Figuras 1 a 5 puede verse que el contenedor de gas a presión está formado, en una primera realización de la presente invención que describiremos seguidamente, por un deposito 1 de forma cilindrica donde se almacenará el gas a presión y una serie de elementos, ubicados dentro de un cuerpo distribuidor 29, para mantenerlo herméticamente cerrado hasta que se active un mecanismo de apertura que facilite la salida del gas.
El depósito 1 actúa como acumulador de gas, pudiendo ser éste cualquier tipo de gas y en especial una mezcla de gases nobles. El depósito 1 debe ser estanco y por ello su parte inferior 12, por donde se realiza el llenado del gas, debe estar configurada de manera que se pueda proceder a ello y que pueda quedar cerrada herméticamente después del llenado de gas.
Por su parte superior, el depósito 1 se cierra mediante la placa de paso calibrado 2, que tiene un orificio central 9 de diámetro d1 para la salida de gas, y el disco de rotura 3 que obtura dicho orificio y se suelda a la placa 2 para asegurar el nivel de hermeticidad necesario.
El dispositivo de apertura ubicado dentro del cuerpo distribuidor 29 incluye, por un lado, un dispositivo de soporte del disco de rotura 3 para mantener el depósito 1 cerrado y, por otro lado, un dispositivo de activación de la rotura del disco de rotura 3 para que salgan los gases en el momento deseado.
El dispositivo de soporte comprende los siguientes elementos: el apoyo de disco 4, la pieza centradora inferior 5, el pilar 6, la pieza centradora superior 7 y el tapón superior 8.
Por su parte el mecanismo de activación comprende el dispositivo ignitor 10 y la masa impactable 11.
Siguiendo en particular las Figuras 4 y 5 puede verse que el gas contenido en el depósito 1 genera un esfuerzo sobre la placa de paso calibrado 2 y sobre el disco de rotura 3 debido a la presión interior.
La placa de paso calibrado 2 resiste ese esfuerzo al estar unida al depósito 1 mediante una soldadura de ancho suficiente.
El disco de rotura 3 se encuentra comunicado con el depósito 1 mediante el orificio 9 de diámetro d1 realizado en la placa de paso calibrado 2, de tal forma que su cara interior se encuentra en contacto con el gas a presión. Para resistir esa presión, el disco de rotura 3 se suelda a la placa de paso calibrado 2 de forma circunferencial y diámetro de soldadura D.
Debido a la presión del gas la parte central del disco de rotura 3 se deforma en una distancia h, de valor dependiente de su espesor y del diámetro de soldadura D, que debe ser mayor siempre que el diámetro d1 elegido para el orificio 9 de la placa de paso calibrado 2, en función de los requerimientos de la evacuación del gas.
El disco de rotura 3 está dimensionado de manera que no pueda aguantar por si solo la presión interna del gas acumulado en el depósito 1 necesitando a tal efecto de un mecanismo adicional de soporte.
La Figura 3 muestra, en su parte inferior, ese mecanismo, una vez montados los elementos que lo integran, es decir el apoyo de disco 4 en un extremo, el pilar 6 en el centro, el tapón 8 en el otro extremo y las piezas centradoras 5 y 7 como elementos auxiliares. En esa figura también se ha situado el mecanismo de activación de la apertura para ilustrar su funcionamiento: el ignitor 10 disparará la masa 11 que desplazará de su posición al pilar 6 privando al disco de rotura 3 del soporte proporcionado por el apoyo de disco 4, que se desplazará libremente hacia la derecha al no impedírselo el pilar 6.
El primer elemento del mecanismo de soporte, el apoyo de disco 4, está situado concéntricamente con la placa de paso calibrado 2 y está formado por una primera parte 30 con un conducto interior 16 de diámetro d3, una segunda parte 31 en la que continúa dicho conducto interior y en la que existen además conductos 17, 18 de diámetro d4 de eje perpendicular al del conducto 16 y una tercera parte maciza 32. La primera parte 31 sirve de centrador para la placa de paso calibrado 2 y para el cuerpo distribuidor 29 que a su vez centra al apoyo de disco 4.
La solicitación sobre el disco de rotura 3, es reaccionada por el apoyo de disco 4 que a su vez transmite la carga al pilar 6, éste al tapón superior 8 y éste al cuerpo distribuidor 29. Finalmente el cuerpo distribuidor 29 está estáticamente equilibrado ya que su parte inferior queda encastrada por el cierre de la boca 14 del depósito 1 , encima de la placa de paso calibrado 2, que se sitúa en el escalón 15 de la parte superior del depósito, que sirve para definir la distancia h existente entre el disco de rotura 3 y el apoyo de disco 4.
El apoyo de disco 4 incluye, como ya hemos dicho, un conducto interior 16, axial respecto al eje del depósito, cuyo diámetro d3 sirve como elemento parametrizador de la presión a la cual el disco de rotura 3 actúa como válvula de seguridad. Tiene también conductos interiores 17, 18 perpendiculares al eje del depósito 1 y también normales entre sí para regular la velocidad de salida del flujo de gas en la situación de funcionamiento como válvula de seguridad. Montado en el cuerpo distribuidor 29, se encuentra el ignitor pirotécnico
10 que asegura su posición con respecto al pilar 6 mediante el escalón 27 practicado en el cuerpo distribuidor 29.
En la activación deseada del sistema, que en el caso de utilización del contenedor de gas como dispositivo de inflado de un airbag tiene lugar cuando se detecta un accidente, el ignitor 10 es alimentado eléctricamente y se activa la explosión de la carga pirotécnica, generando un pico de presión en la cámara 19 que hace que la masa impactable 11 choque contra el pilar 6. Este choque hace que el pilar 6 pivote en sentido de las agujas del reloj, venciendo la fuerza de rozamiento existente entre el tapón superior 8 y el pilar 6 y venciendo también el momento resistente de pivotamiento entre el pilar 6 y el apoyo de disco 4. La diferencia de dureza superficial entre el apoyo de disco 4 y el pilar 6, eligiendo para cada uno de ellos materiales apropiados, hace que, debido a la compresión a que están sometidos, se haga una pequeña muesca circular en el apoyo de disco 4 que facilite el pivotaje.
Además, y también debido a la diferencia de material utilizado para el pilar 6 y el tapón superior 8, se genera un pequeño plano en el pilar 6 diseñado para trabajar con la fuerza que equilibra el montaje y, además, para facilitar el pivotaje cuando la masa impactable 11 choca contra el pilar 6.
La pieza centradora inferior 5 es una pieza plástica que tiene por función centrar los elementos que van por su interior , es decir el apoyo de disco 4 y el pilar 6, respecto del cuerpo distribuidor 29 además de facilitar el montaje.
La pieza centradora superior 7 es una pieza de plástico que tiene por función centrar los elementos que van por su interior, es decir el pilar 6 y el tapón 8, respecto del cuerpo distribuidor 29, además de facilitar el montaje.
Ambas piezas centradoras 5, 7 incluyen zonas debilitadas 35, 37 en el lado más alejado del ignitor 10 para permitir la fácil salida del pilar 6 cuando lo impacta la masa 11.
El desplazamiento del pilar 6 se realiza de forma que éste no interfiera en el movimiento del apoyo de disco 4. Debido al volumen de la cámara 20 delimitada en el cuerpo distribuidor 29 en la zona de ubicación del pilar 6 y a la geometría del apoyo del disco 4, el desplazamiento del apoyo de disco 4 a lo largo del conducto 25 se produce sin resistencias permanentes diferentes a la presión de la cámara 20, controlada por el conducto 21 de diámetro d2 que la pone en contacto con el exterior.
La Figura 6 muestra una segunda realización de la invención que, como se puede apreciar comparándola con la Figura 4, únicamente se diferencia de la primera realización en que el dispositivo de soporte solo comprende el apoyo - lu de disco 4 y un pilar 6 y que el dispositivo pirotécnico está configurado para destruir el pilar, en lugar de desplazarlo.
Cuando se necesita activar el dispositivo como, por ejemplo, cuando se detecta un accidente si el generador se destina al inflado de un airbag de un vehículo automóvil, el ignitor 10 es alimentado eléctricamente y se activa la explosión del pirotécnico, generando una onda de presión en la cámara de liberación 20, y la rotura espontánea del pilar 6 debido a su ubicación interna y al aumento de las tensiones locales del material.
El gas generado en la explosión del ignitor 10 es expulsado por el conducto 21 de diámetro d2, siendo posible controlar la velocidad de movimiento del apoyo de disco 4 con la presión existente en la cámara de liberación 20 mediante el diámetro d2 del conducto 21.
Utilizando un material apropiado, la rotura del pilar 6 se realiza de forma que los trozos resultantes no interfieran en el movimiento del apoyo de disco 4 y que no puedan escapar por el conducto 21. Debido al volumen de la cámara 20 y a la geometría del apoyo del disco 4, el volumen de los trozos de material fraccionado, permite el desplazamiento del apoyo de disco 4 por el conducto 25 sin resistencias permanentes diferentes a la presión en la cámara de liberación controlada por el diámetro del conducto 21. Siguiendo las Figuras 7 y 8 se observa que al desplazarse o destruirse el pilar 6, según una ú otra de las realizaciones descritas, el disco de rotura 3 pierde el elemento que reaccionaba con la presión interior del depósito 1 y al no poder contrarrestarla por si solo continúa deformándose y empujando el apoyo de disco 4 en dirección axial, hasta el momento en el que, debido a la tensión en el disco de rotura 3, se produce su rotura y el gas comienza a salir hacia la cámara de salida 22 dispuesta en el cuerpo distribuidor 29, estando controlado su flujo por el diámetro d1 del orificio 9 de la placa de paso calibrado 2.
La fuerza propulsora del flujo saliente, actúa directamente contra el apoyo de disco 4 obligando a éste, a desplazarse hasta su tope axial con el cuerpo distribuidor 29. En esta situación el gas saliente del depósito 1 es expulsado al exterior a través de la cámara de salida 22 y los conductos 23 de diámetro d5 de salida al exterior que se encuentran distribuidos radialmente.
De la anterior explicación se deduce que el flujo de salida de gases no entra en contacto en ningún momento con piezas golpeadas o destruidas durante la activación del dispositivo de apertura.
Por su parte, el disco de rotura 3 actúa así mismo como válvula de seguridad como veremos a continuación siguiendo las Figuras 9 y 10.
En tanto no se active el ignitor 10, el pilar 6 y el apoyo de disco 4 permanecen en su posición normal soportando el esfuerzo transmitido por el disco de rotura 3. En esta situación, el disco de rotura 3 puede romperse si la diferencia de presión entre su cara interior y exterior alcanza un determinado valor límite. En ese caso, el gas entra al conducto interior 16 del apoyo de disco 4 que desemboca en la cámara 26 que se comunica con la cámara de salida de gases 22 a través de los conductos 17, 18 de diámetro d4. El gas saldrá al exterior desde la cámara de salida de gases 22 por los conductos 23 de diámetro d5 situados en el cuerpo distribuidor 29.
En las realizaciones de la invención que venimos de describir, la configuración del cuerpo distribuidor incluye como hemos visto una cámara de salida de gases 22 separada de la cámara de liberación 20 donde tiene lugar el desplazamiento del pilar 6 del dispositivo de soporte como consecuencia del impacto de la masa 11 o su destrucción mediante la explosión de la carga pirotécnica. Esa cámara de salida de gases 22 tiene conductos radiales de salida 23 próximos a la boca del depósito 1. Como se muestra en las Figuras 11 y 12 en relación a la segunda realización de la invención, y resultaría así mismo aplicable a la primera realización, cabe la variante de que los conductos de salida de los gases no estén configurados como los mencionados conductos radiales 23. La Figura 11 muestra conductos axiales 43 que desembocan en el extremo superior del cuerpo distribuidor y la Figura 12 conductos con una parte axial 43 y una parte radial 44 alejada de la boca del depósito 1. Como se muestra en las Figuras 11 y 12 esos conductos están separados de la cámara de liberación 20 para que los gases de salida no arrastren ningún material de los elementos involucrados en el mecanismo de activación del dispositivo de apertura.
Respecto a las realizaciones descritas de la invención, pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Contenedor de gas a presión que incluye: un depósito (1) para el almacenamiento del gas con un dispositivo de cierre (2, 3) en su parte superior apoyado en un dispositivo de soporte (4, 5, 6, 7, 8) que contribuye con él para resistir la presión del gas; un dispositivo pirotécnico (10,11) para deshacer el mencionado dispositivo de soporte (4, 5, 6, 7, 8) y permitir la apertura del depósito (1) y un cuerpo distribuidor (29) unido rígidamente a la parte superior del depósito (1) que alberga en su interior a dicho dispositivo de soporte (4, 5, 6, 7, 8), a dicho dispositivo pirotécnico (10, 11) y a una cámara de salida de gases (22) con conductos de evacuación (23, 43) hacia el exterior, caracterizado porque: a) el dispositivo de cierre del depósito (1) está formado por una placa de paso calibrado (2) con un orificio central (9) para la salida del gas sobre cuya cara externa, en el sentido de salida del gas, se dispone un disco de rotura (3) unido a la placa de paso calibrado (2) por una soldadura circunferencial que deja en su interior al mencionado orificio (9); b) el dispositivo de soporte incluye un pilar (6) que, al activarse el dispositivo pirotécnico (10, 11), abandona su posición en el dispositivo de soporte y cae a una cámara de liberación (20) dispuesta dentro del cuerpo distribuidor (29); c) el dispositivo de soporte incluye un apoyo de disco (4) como soporte directo del disco de rotura (3) que, al abandonar el pilar (6) su posición y romperse el disco de rotura (3), puede moverse dentro de un conducto (25) del cuerpo distribuidor (29) situado entre la cámara de salida de gases (22) y la cámara de liberación (20), estando configurado dicho apoyo de disco (4) de manera que impida la comunicación entre la cámara de salida de gases (23) y la cámara de liberación (20).
2 - Contenedor de gas a presión según la reivindicación 1 , caracterizado porque, en el extremo que entra en contacto con el disco de rotura (3), el apoyo de disco (4) incluye un conducto interior axial (16) que termina en una cámara (26) en comunicación con la cámara de salida de gases (22) mediante conductos radiales (17, 18) para facilitar la evacuación del gas en caso de rotura del disco de rotura (3).
3.- Contenedor de gas a presión según la reivindicación 2, caracterizado porque el apoyo de disco (4) está formado por una primera parte (30) de forma cilindrica, con un diámetro mayor al del mencionado conducto (25) situado en el cuerpo distribuidor (29) entre la cámara de salida de gases (22) y la cámara de liberación (20), con el mencionado conducto axial (16) en su interior; una segunda parte (31), de forma cilindrica y diámetro ligeramente inferior al de dicho conducto (25) para poder moverse dentro de él, con la cámara (26) y los conductos radiales (17,18) en su interior; y una tercera parte (32) de forma cilindrica maciza y diámetro inferior al de la segunda parte (31).
4.- Contenedor de gas a presión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el dispositivo de soporte también incluye un tapón (8) para transmitir la presión recibida del disco de rotura (3) al cuerpo distribuidor (29) y piezas centradoras (5, 7) entre el pilar (6) y, respectivamente, el apoyo de disco (4) y el tapón (8) para facilitar que el dispositivo de soporte en su conjunto esté sometido a un esfuerzo de compresión pura.
5.- Contenedor de gas a presión según la reivindicación 4, caracterizado porque el dispositivo pirotécnico está formado por un ignitor (10) y una masa desplazable (11) que impacta, al activarse el ignitor, en el pilar (6), desplazándolo de su posición dentro del dispositivo de soporte y depositándolo en la cámara de liberación (20).
6.- Contenedor de gas a presión según la reivindicación 4, caracterizado porque el pilar (6) y el apoyo de disco (4) están realizados con materiales de distinta dureza superficial de manera que el esfuerzo de compresión a que están sometidos genere una muesca superficial en el apoyo de disco (4) que facilita el pivotamiento del pilar (6) al sufrir el impacto de la masa (11).
7.- Contenedor de gas a presión según la reivindicación 4, caracterizado porque las piezas centradoras (5, 7) incluyen zonas debilitadas (35, 37) en sus extremos en contacto con el pilar (6) para favorecer su desplazamiento.
8.- Contenedor de gas a presión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el dispositivo de soporte, formado por el apoyo de disco (4) y el pilar (6) está ubicado dentro del cuerpo distribuidor (29) de manera que el pilar (6) le transmite la presión recibida del disco de rotura (3), estando el apoyo de disco (4) y el pilar (6) sometidos a un esfuerzo de compresión pura.
9.- Contenedor de gas a presión según la reivindicación 8, caracterizado porque el dispositivo pirotécnico incluye un ignitor (10) para activar la explosión de una carga pirotécnica que genere una onda de presión que destruya el pilar (6).
10.- Contenedor de gas a presión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el disco de paso calibrado (2) se sitúa en la boca del depósito en la posición definida por un escalón (15) delimitado en el depósito (1) para controlar que la distancia axial entre el disco de rotura (3) y el extremo del apoyo de disco (4) tenga una magnitud (h) predeterminada.
11.- Contenedor de gas a presión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la cámara de liberación (20) está comunicada con el exterior mediante un conducto (21).
12.- Contenedor de gas a presión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la cámara de salida de gases (22) tiene los conductos de evacuación de gases (23) dispuestos de manera que su eje es perpendicular al eje del depósito (1).
13.- Contenedor de gas a presión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la cámara de salida de gases (22) tiene los conductos de evacuación de gases (43) dispuestos de manera que su eje es paralelo al eje del depósito (1).
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