DE2518460B2

DE2518460B2 - Pyrotechnischer gasgenerator

Info

Publication number: DE2518460B2
Application number: DE19752518460
Authority: DE
Inventors: Bernard Jean Felix Victor; Plantif Bernard Elie Pierre Jean; Saint Medard en Jalles; Tillac Jean-Francois Bordeaux Cauderan; Pasquier Michel Claude Guy Merignac; Doin (Frankreich)
Original assignee: Societe Nationale Des Poudres Et Explosifs, Paris
Priority date: 1974-04-29
Filing date: 1975-04-25
Publication date: 1977-03-24
Also published as: BE828564A; DK141479C; DE2518460A1; JPS566893B2; ES436782A1; SE7504911L; US3986456A; FR2269057A1; CA1050763A; ZA752090B; DK141479B; DK182275A; JPS50146039A; LU72376A1; CH596110A5; IE40899L; IT1032764B; GB1488178A; FR2269057B1; NL7504266A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf pyrotechnische Gasgeneratoren mit festem Kühlmittel, die in der L^ge sind, in einer extrem kurzen Zeit ein erhebliches Gasvolumen bei nur wenig erhöhter Temperatur zu liefern, und die beispielsweise zur schnellen Entfaltung aufblasbarer Strukturen wie Sicherheitskissen verwendet werden können, mit denen die Armaturenbretter von Fahrzeugen zum Schutz der Insassen bei Unfällen ausgerüstet werden können.

Es sind bereits zahlreiche Arten pyrotechnischer Gasgeneratoren angegeben worden, insbesondere Ge-

ieratoren mit einer Zündladung, einer Pulver- oder •ropergolladung (beispielsweise einer Porpergolzusamnensetzung mit einem organischen Bindemittel, einem nineralischen Oxidationsmittel und Additiven wie rinem metallischen Brennstoff oder einem Weichma- :her) sowie einer oder mehreren festen Kühlladungen.

Ebenso sind Generatoren mit konzentrischen Kammern vorgeschlagen worden, die eine zentrale Brennkammer und periphere Kühlkammern in Reihe aufweisen; derartige Generatoren besitzen allerdings aufgrund der Di-uckbegrenzungsvorrichtungen nur beschränkte Zuverlässigkeit So ist es im Fall eines zufälligen Überdrucks in der Brennkammer einerseits notwendig, den Überdruck zu begrenzen, um eine Explosion des Generators oder eine unnötige Überdimensionierung zu vermeiden, andererseits muß jedoch die Entfaltung des Kissens ermöglicht werden, um in jedem Fall die durch das Kissen gewährleistete Schutzfunktion erzielen zu können.

Die in pyrotechnischen Gasgeneratoren nach dem Stand der Technik verwendeten Druckbegrenzungsvorrichtungen besitzen eine öffnung, über die die Brennkammer mit der äußeren Umgebung bzw. der oder den Kühlkammern in Verbindung steht, wobei die öffnung im normalen Funktionszustand verschlossen und im Fall eines Überdrucks geöffnet wird, um den Ausströmquerschnitt der Verbrennungsgase zu vergrößern und den Überdruck zu begrenzen. Die öffnung ist mit einem Verschluß versehen, der beispielsweise eine tarierte Klappe, ein Ventil oder ein Innenhü'chen bzw. ein Deckel sein kann. Wenn diese öffnung nach außen mündet, ist der Auslöse-Überdruck konstant, die Gase treten jedoch nicht mehr durch die Kühlkammern aus und können entsprechend nicht zur Entfaltung aufblasbarer Strukturen herangezogen werden; wenn die öffnung andererseits in die Kühlkammer(n) mündet steht der Verschluß nur unter dem differentiellen Druck, der zwischen der Brennkammer und der entsprechenden Kühlkammer herrscht; da der Druck in der Kühlkammer zum einen je nach der im Augenblick des Überdrucks vorhandenen Kühlmittelmenge und zum anderen je nach der Verteilung des Kühlmittels in der Kammer (Ladungsveriuste und variable und zufällige Turbulenzen) veränderlich ist, ist der die Öffnung des Verschlusses bewirkende Druck der Brennkammer entsprechend sehr variabel und bringt eine nur schlechte Zuverlässigkeit der Generatorfunktion mit sich.

Darüber hinaus tritt auch bei Abwesenheit eines durch anomale Funktion bedingten Überdrucks und bei Verwendung der Kühlkammern bei den bekannten Gasgeneratoren ein Druck in der Brennkammer auf, der von der Umgebungstemperatur abhängt, da die Brenngeschwindigkeit des Propergols von dieser Temperatur abhängt; bei einem Nominaldruck von 65 bar liegt so beispielsweise das Funktionsgebiet zwischen 55 und 75 bar für extreme Temperaturen von - 30 bis + 80° C. Diese Streuung des Nominaldrucks ruft unerwünschte Veränderungen der Generatorleistung hervor, wodurch Auslösewerte für die Druckbegrenzungsvorrichtung herangezogen werden müssen, di⁽ⁱ hinreichend hoch sind, um jede nicht zur richtigen Zeit erfolgende Auslösung der Vorrichtung zu vermeiden, da der Überdruck nur von den Verhältnissen bei der Zündung bzw. der Auslösung der Ladung und nicht von einer anormalen Funktion des Generators abhängt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen nvrotechnischen Gasgenerator anzugeben, dessen Druckbegrenzungsvorrichtvng mit einer geringen Streuung des Auslöse-Überdrucks in Aktion tritt und/oder dessen Nominal-Funktionsdruck regulierbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen pyrotechnischen Gasgenerator mit festem Kühlmittel gelöst, der folgende Bestandteile umfaßt:

(a) eine Brennkammer mit einer Ladung zur pyrotechnischen Gaserzeugung und einer Vorrichtung zur Zündung dieser Ladung sowie

(b) eine Kühlkammer mit mindestens einer festen Kühlladung, die einerseits mit der Brennkammer und andererseits mit der äußeren Umgebung durch Austrittsöffnungen in Verbindung steht.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist dabei, daß die Brennkammer in einem verschiebbaren Behälter angeordnet ist, der im allgemeinen zylindrische Form aufweist und an einer Seite mit einem Boden

:o verschlossen und auf der anderen Seite offen ist, wobei der Rand der öffnung durch eine Haltevorrichtung im wesentlichen gegen eine feste Trennwand des Generators gedrückt wird, die mit der Außenfläche des verschiebbaren Behälters in Verbindung steht und an

:s einer zweiten festen Trennwand aes Generators anliegt und der verschiebbare Behälter während der Verbrennung der pyrotechnischen Ladung durch den aut den Innenboden des Behälters ausgeübten Druck der Verbrennungsgase und durch den Gegendruck der Haltevorrichtung auf die Außenfläche des Behälters gegenüber der ersten Trennwand verschiebbar ist, wobei dessen öffnung eine Injektionsdüse mit variablem Durchtrittsquerschnitt bildet.

Nach einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators ist der Behälter starr und weist Injektionsdüsen auf, während die Haltevorrichtung ebenfalls starr ist und brechen kann, wenn der Gasdruck in der Brennkammer einen vorbestimmten Maximalwert erreicht hat.

Die Haltevorrichtung kann vorzugsweise ein am Boden des Behälters angebrachter Klemmring sein. Diese Vorrichtung stellt allein ein Druckbegrenzungsglied dar.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gasgenerators ist der Behälter starr, während die Haltevorrichtung deformierbar ist, vorzugsweise durch Kompression. Die Vorrichtung kann vorzugsweise eine Ringdichtung bzw. ein ringförmiges Material sein, das elastisch deformierbar ist und am Boden des verschiebbaren Behälters anliegt.

Diese Ausführungsform erlaubt die Regulierung des nominalen Funktionsdrucks. Es kann ferner eine zusätzliche Druckbegrenzungsvorrichtung hinzugefügt werden wie beispielsweise ein Klemmring, an dem der genannte Dichtring anliegt.

Nach einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Generators ist der Boden des Verschiebbaren Behälters deformierbar, während die Haltevorrichtung starr ist und am Mittelteil des genannten Bodens anliegt

do Der Boden kann vorzugsweise aus einem dünner Metallblech hergestellt sein, dessen fortschreitende Deformation die Regulierung des nominalen Funktions drucks ermöglicht.

Die starre Haltevorrichtung ist vorzugsweise s<

f\< ausgelegt, daß sie bricht, wenn der Druck einer vorbestimmten Maximalwert erreicht hat; sie enthäl beispielsweise einen Klemmring und stellt so eini Druckbegrenzungsvorrichtung dar.

Nach einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Generators ist der verschiebbare Behälter starr, während die am Boden des Behälters anliegende Haltevorrichtung fortschreitend deformierbar ist; die Deformation kann dabei bis zu einer maximalen vorbestimmten Belastung führen, die eine gravierende Formveränderung mit sich bringt, oder nur bis zum Überschreiten der Elastizitätsgrenze gehen, was nur eine entsprechende progressive Formänderung mit sich bringt.

Die Haltevorrichtung kann vorzugsweise aus einer napfförmigen Unterlegscheibe oder einer Belleville-Unterlegscheibe bestehen.

Nach einer anderen Ausführungsform ist die Haltevorrichtung fortschreitend bis zu einer vorbestimmten maximalen Beanspruchung deformierbar, die zum Etruch der Vorrichtung führt.

Die letztgenannte Weiterbildung der Erfindung und diese Ausführungsform ermöglichen die gleichzeitige Regulierung des nominalen Drucks und eine genaue Druckbegrenzung.

Der erfindungsgemäße Gasgenerator kann ferner auch so gebaut sein, daß er konzentrische Brenn· und Kühlkammern enthält, wobei der verschiebbare Behälter in einer Führung in der Generatorachse vorgesehen ist, während die konzentrisch dazu angebrachte Kühlkammer mit mindestens einer festen Kühlladung den Behälter völlig umschließt; diese Generatorart ist erfindungsgemäß besonders geeignet.

Der Generator kann dabei von länglichem Typ sein; die Kühlkammer, die mindestens eine feste Kühlladung enthält, ist dabei anschließend an den verschiebbaren Behälter in dessen Achse vorgesehen, wobei der Rand der öffnung des Behälters dicht an den Mittelteil des Bodens der Kühlkammer anschließt und so eine erste feste Trennwand bildet; am äußeren Umfang des Bodens sind Injektionsdüsen vorgesehen; der Behälter ist in einem rohrförmigen Ansatzstück vorgesehen, das sich an den Boden anschließt und eine zweite feste Trennwand bildet; ferner ist eine Haltevorrichtung vorhanden, die an die Außenfläche des verschiebbaren Behälters angrenzt und an dem rohrförmigen, konischen Ansatzstück anliegt, das zur Regulierung des Nominaldrucks bestimmt ist

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasgenerators, der mit einer Belleville-Scheibe als Haltevorrichtung versehen ist,

F i g. 2 eine Querschnittsdarstellung einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gasgenerators mit einem Dichtring als Haltevorrichtung,

F i g. 3 eine Querschnittsdarstellung einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gasgenerators mit deformierbarem Boden,

F i g. 4 eine zur Hälfte gezeigte Querschnittsdarslellung einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gasgenerators mit einem Klemmring,

Fig.5 eine Querschnittsdarstellung eines linearen Gasgenerators mit elastischer Unterlegscheibe sowie

Fig.6 ein zu den Fig. 1, 2 und 4 gehöriges Diagramm.

Der erfindungsgemäße pyrotechnische Gasgenerator (vgl Fi g. 1) enthält ein rotationssymmetrisches Gehäuse 1,d$s aus zwei Stücken besteht einem Boden la, der eine erste feste Trennwand des Generators darstellt und einem Deckel \b, der eine zweite feste Trennwand

des Generators bildet, die mit einem Schraubgewinde 1 c miteinander verbunden sind; der obere Rand des Bodens la ist als Montageflansch Id nach außen gebogen, während die untere Seite Ie des Bodens in der Mitte stark nach oben gewölbt ist.

Innerhalb des äußeren Gehäuses ist in dessen Achse ein zylindrisches Inncngehäuse 2 angebracht, das an seinem oberen Ende durch den Boden 2a verschlossen und am unteren Ende offen ist; der Rand 2b der Öffnung schließt dicht an die gewölbte Wand Ie des Bodens la an. Das Innengehäuse ist längs seiner Achse verschiebbar im Inneren eines Führungsrohrs 3 angeordnet, das sich nach unten in einer Erweiterung fortgesetzt, die eine Strahlablenkung 4 bildet und durch Dislanzstücke 5 in einem bestimmten Abstand von der Wand Ie gehalten wird.

Eine Belleville-Unterlegscheibe 6 ist ferner zwischen dem Boden 2a des Innengehäuses und der oberen Wand des Deckels \bangeordnet.

Das Innere des Gehäuses 2 bildet die Brennkammer 7 und enthält eine pyrotechnische Ladung, die mit einem Rückhaltegitter 8 an ihrem Platz gehalten wird, das gegenüber dem Rand 2b leicht zurückgesetzt ist, wodurch ein freier Homogenisierraum Ta entsteht; die pyrotechnische Ladung besteht beispeilsweise aus einem zusammengesetzten Propergol mit 9,8% Cellulosetriacetat, 86,7% Kaliumperchlorat und 3,5% Additiven, die 3% Trikresylphosphat und 0,5% Acetylenruß enthalten. Die Ladung hat ein Gewicht von 43 g und enthält hohle Fasern bzw. Stränge, die parallel zur Achse der Brennkammer angeordnet sind. Sie besitzt eine Brenndauer von 18 msec und verbrennt unter einem Druck von 60 bar bei einer Temperatur in der Nähe von 1300°C.

Die Ladung wird durch einen Zünder 9 gezündet, der in der Achse der Brennkammer in einem Zündträger 10 befestigt ist, der im gewölbten Teil des Bodens la angebracht ist. Der Zünder enthält eine Zündpulverladung aus 37% Zirkon und 63% Kupfermonoxid, wodurch eine Zündverzögerung des Propergols von etwa 3 msec erreicht wird. Die Zündladung wird ihrerseits durch eine (nicht dargestellte) Zündung gezündet.

Die von dem Führungsrohr 3 und den Innenwänden des äußeren Gehäuses 1 begrenzte Kammer stellt die Kühlkammer 11 dar, vor der die ringförmige, sich erweiternde und weitdimensionierte Injektionsöffnung 12 mündet, die durch die Strahlablenkung 4 und die Innenwand des Bodens la begrenzt ist.

Als erste feste Kühlladung 13, die sich in der der Injektionsdüse 12 benachbarten Kammer befindet, dient beispielsweise eine Ladung von 125 g Kaliumperchlorat-Tabletten mit einem Zersetzungskatalysator (Ku pferchromit). Die Tabletten besitzen 6 mm Durchmesser und 6 mm Dicke, die Zersetzungstemperatur liegt bei etwa 500⁰C. Eine zweite feste Kühlladung 14, die beispielsweise aus 100 g Natriumbicarbonat in Tabletten besteht, befindet sich im oberen Teil der Kühlkammer über der ersten Ladung; die Tabletten besitzen dieselben Abmessungen wie die Kalhimperchlorat-Tabletten oder sind etwas kleiner, die Zersetzungstemperatur liegt bei etwa 125° C; die beider Kühlladungen sind durch ein Rückhaltegitter 15 voneinander getrennt Um ein Verspritzen von Kühlmittelpartikeln zu vermeiden, sind oberhalb der zweiter Ladung Rückhaltegewebe 16 angebracht; auf der Höhe der kreisförmig angeordneten runden Austrittsöffnun gen 18, die sich im oberen Teil der Seitenwand de;

Deckels 1 bdes äußeren Gehäuses befinden, ist ein Filter vorgesehen, das mehrere Schichten sehr feiner Netze 17a enthält; zwischen den Haltegeweben 16 und den sehr feinen Netzen 17a befinden sich Körner Mb aus Korund oder Aluminiumoxid, um die Filtration zu vervollständigen (anstelle der Korund- oder Aluminiumoxidkörner ist in gleicher Weise auch ein Filter aus Metallgewebe verwendbar).

Im Betriebsfall wird die pyrotechnische Ladung durch den Zünder 9 gezündet; unter der Einwirkung des Drucks der aus der Verbrennung dieser Ladung stammenden Gase löst sich das Innengehäuse 2 von der Wand Ie des Bodens la und bildet so eine Injektionsdüse mit variablem Querschnitt, die durch miteinander verbundene Einflußgrößen bestimmt ist; sie hängt einerseits vom auf den Gehäuseboden wirkenden Gasdruck und andererseits vom Gegendruck ab, der von der Belleville-Scheibe auf den Boden ausgeübt wird, wodurch eine ausgezeichnete Regulierung bzw. Einstellung des nominalen Funktionsdrucks des Gasgenerators ermöglicht wird.

Die Verbrennungsgase strömen durch diese Düse mit veränderlichem Querschnitt und die anschließende, weitdimensionierte Injektionsöffnung in die Kühlkammer 11, in der sie sich entspannen und im Kontakt mit den festen Kühlmittel-Tabletten 13 und 14 fortschreitendabkühlen.

Die abgekühlten Gase werden in Höhe des Filiers 17a und 176 filtriert, strömen durch die Austrittsöffriungen 18 und sind am Auslaß des Gaserzeugers beispielsweise zum Aufblasen eines Sicherheitskissens zwischen dem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs und dem Fahrer verwendbar.

Der bescnriebene Gasgenerator hefen 64 1 nichttoxisches Gas in einer Zeit von 30-40 msec, wobei die Temperatur der erzeugten Gase am Ausgang des Generators 200⁰C nicht übersteigt und zugleich sehr konstant ist, da die Kühlladungen durch die aus der Injektionsöffnung austretenden und vom äußeren Gehäuse des Generators zurückgeworfenen Verbrennungsgase durchgewirbelt werden; die ringförmige Anordnung der Kühlladungen bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß zwischen den beiden Wänden der umgebenden Kammer nur ein beschränkter Zwischenraum besteht, wodurch die Bildung von Vorzugs-Gängen der Verbrennungsgase begrenzt ist. Die Gase werden zugleich bei einem durchaus erträglichen Schallniveau erhalten und sind praktisch frei von Feststoffpartikeln.

In der nachstehenden Tabelle ist die Zusammensetzung der entstehenden Gase aufgeführt:

Verbindung

Konzentration in %

Sauerstoff

Kohlendioxid

Wasserdampf

Kohlenoxid

Stickoxide

41

17,8

500 ppm

5—10 ppm

Wenn infolge anormaler Funktion der zufällige Überdruck der Gase in der Brennkammer einen zur Auslösung der Druckbegrenzungsvorrichtung vorbestimmten Grenzwert erreicht deformiert sich die Belleville-Scheibe 6 im plastischen Bereich bis zum völligen Zusammendrücken, und das Innengehäuse 2 wird gegen die obere Wand des Deckels Ifc zurückgeschoben; dadurch entsteht eine plötzliche bedeutende Erweiterung der Injektionsdüse, wodurch der Gasdruck s praktisch augenblicklich auf einen annehmbaren Wert gebracht und zugleich eine Explosion des Generators vermieden werden kann, wobei die Entfaltung des Sicherheitskisser.s in Gang gehalten wird.

Die Belleville-Scheibe erlaubt entsprechend gleich-K) zeitig die Einstellung des Nominaldrucks und eine Druckbegrenzung.

Nach der in Fig. 2 dargestellten Weiterbildung der Erfindung ist die Belleville-Scheibe durch eine kreisförmige Dichtung 19 aus einem elastischen Material von ι s beispielsweise einer Shore-Härte von 80 ersetzt, die am Boden 2a des Innenbehälters anliegt.

Im Betriebsfall ist die Ringdichtung zunehmend durch Kompression deformierbar und erlaubt entsprechend eine ausgezeichnete Regulierung des nominalen Funktionsdrucks des Generators.

Die Ringdichtung kann durch eine Vorrichtung zur Druckbegrenzung wie etwa einem Klemmring ergänzt werden; das Zusammendrücken der Dichtung kann allerdings im Fall eines Überdrucks ausreichend sein, so ;s daß die Verwendung einer zusätzlichen Druckbegrenzungsvorrichtung vermieden werden kann.

Bei der in Fig 3 dargestellten Weiterbildung der Erfindung fehlt die Ringdichtung; aer Boden 2a des Innengehäuses besteht statt dessen aus einem elastisch ίο deformierbaren Material wie beispielsweise aus einem dünnen Metallblech. Der Boden liegt dabei direkt an der oberen Innenwand des Deckels \b an, der die zweite feste Trennwand des Generators darstellt, und deformiert sich zunehmend, wenn das Innengefäß unter der Druckwirkung der Verbrennungsgase gegen die Wand gedrückt wird; auf diese Weise wird eine gute Regulierung des, nominalen Funktionsdrucks des Generators ermöglicht.

Der elastisch deformierbare Boden kann ebenfalls durch eine Druckbegrenzungsvorrichtung ergänzt werden, die beispielsweise aus einer zentralen Achse besteht, die einen abscherbaren Bund aufweist, der auf einem entsprechenden Vorsprung der oberen Innenwand des Deckels \b anliegt, wobei der Vorsprung eine Bohrung zur Führung der Achse aufweist, die mit dem verstärkten Mittelteil des Bodens 2a des Innengehäuses in Verbindung steht.

Bei der in Fig.4 dargestellten Weiterbildung der Erfindung wird das Innengehäuse 2 durch einen am so oberen Teil des Führungsrohrs 3 befestigten und am Rand des Bodens 2a des Innengehäuses anliegenden Klemmring 20 konstant gegen die Innenwand des gewölbten Bodens Ie gedrückt; der Boden 2a ist zu diesem Zweck entsprechend ausgedreht. In der Seitenwand des Innengehäuses sind ferher seitliche Injektionsdüsen 21 in unmittelbarer Nachbarschaft des Randes 2b vorgesehen. Die Düsen sind mil Deckeln verschlossen, die brechen, wenn der Druck in der Brennkammer beispielsweise 45 bar erreicht Der Klemmring 2(1 bricht wenn der Druck in der Brennkammer einen vorbestimmten Maximalwert von beispielsweise 90-120 bar erreicht Der Klemmring selbst spielt dabei die Rolle einer Druckbegrenzungsvorrichtung, erlaubt jedoch keine Regulierung des fts nominalen Funktionsdrucks.

Solange der Maximaldruck nicht erreicht wird, bleib) der Klemmring 20 unverändert und der Querschnitt dei Injektionsdurchtrittsöffnung ist gleich der Summe dei

709 512/38

933

Querschnitte der seitlichen Injektionsdüsen 21; bei Erreichen des Maximaldrucks wird der Klemmring 20 abgeschert, und der Querschnitt der Injektionsdurchtrittsöffnung setzt sich nunmehr aus der Summe aus den Querschnitten der seitlichen Injektionsdüsen 21 und > dem Querschnitt der ringförmigen öffnung zusammen, die sich durch das Zurückschieben des Rands 2b aufgrund der Verschiebung der Brennkammer bildet.

Nach der in F i g. 5 dargestellten Austührungsform weist der Generator einen zylindrischen, rohrförmigen Körper 22 auf, der an einem Ende mit einem Boden 23 verschlossen ist, der am äußeren Umfang angeordnete öffnungen 24/> aufweist, die die Injektionsdüsen darstellen; der Körper ist am anderen Ende mit einer konischen Austrittsdüse 25 versehen. Das Innere dieses Körpers stellt die Kühlkammer 26 dar; diese enthält:

eine erste feste Kühlladung 27, die beispielsweise Tabletten aus Kaliumperchlorat mit Kupferchromit als Zersetzungskatalysator enthält (Zersetzungstemperatur bei 500⁰C),

eine zweite feste Kühlladung 28, die beispielsweise Tabletten aus Natriumbicarbonat enthält (Zersetzungstemperatur bei 125°C), wobei die beiden Kühlladungen durch ein Rückhaltegitter 29 voneinander getrennt sind, sowie

ein Filter 30, das beispielsweise Korund- oder Aluminiumoxidkörner enthält.

Der rohrförmige Körper 22 ist an seinem geschlossenen Ende mit einem eingesenkten Ansatz 31 versehen, in dem ein zylindrischer rohrförmiger Behälter 32 verschiebbar angebracht ist, der an einem Ende mit einem Boden 32a verschlossen und am anderen Ende offen ist; der Rand 326 der Öffnung schließt dicht am Boden 23 des Körpers 22 an einer in bezug auf die öffnungen 24 etwas nach innen liegenden Stelle an; der Rand wird durch eine gewölbte elastische Scheibe 33, die an der Innenwand des rohrförmigen Ansatzes 31 angebracht ist und auf der Außenseite eines am verschiebbaren Behälter 32 außen angebrachten Kragens 34 anliegt, gegen der Boden 23 gedruckt. Der Behälter 32 ist ferner zur Verschiebung durch eine zentrierende Ringrippe 35, die an der Innenwand des rohrförmigen Ansatzes vorgesehen ist, sowie durch die Ränder der zu diesem Zweck an der Rückwand 36 des Ansatzes vorgesehenen Öffnung geführt.

Das Innere 37 des rohrförmigen, als Gehäuse ausgebildeten Behälters 32 stellt die Brennkammer dar und enthält eine pyrotechnische Ladung wie etwa ein Propergol der erwähnten Zusammensetzung sowie einen Zünder für die Zündung der ladung.

Im Betriebsfall löst sich der Behälter 32 unter der Druckwirkung der Verbrennungsgase der pyrotechnischen Ladung auf den Behälterboden von der Wandung des Bodens 23 ab und bildet so eine Injektionsdüse mit veränderlichem Querschnitt, der von miteinander gekoppelten Einflußgrößen bestimmt wird, nämlich dem Druck der Verbrennungsgase und andererseits dem Gegendruck der Scheibe 33, wodurch eine gute Regulierung des nominalen Funktionsdrucks des Gasgenerators ermöglicht wird.

Die Verbrennungsgase treten durch diese Düse mit veränderlichem Querschnitt in den Raum zwischen dem Gehäuse 32 und der Wand des Ansatzes hinter dem Kragen 35 ein und strömen von dort durch die Öffnungen 24 in die Kühlkammer 26.

Die Verbrennungsgase entspannen sich in dieser Kammer und kühlen im Kontakt mit den beiden festen Kühlladungen ab; die abgekühlten und filtrierten Gase treten durch die Düse 25 aus und können larr Generatorauslaß verwendet werden.

Wenn der Überdruck in der Brennkammer einer zuvor festgelegten Grenzwert erreicht, bricht die Scheibe 33 rasch, wodurch das Gehäuse feigegeben unc die Fläche der Injektionsdüse bedeutend vergrößen wird; die Vorrichtung wirkt entsprechend als Druc!;begrenzungsvorrichtung.

Die in F i g. 6 dargestellten Zusammenhänge bezieher sich auf Gasgeneratoren mit konzentrischen Brenn- unc Kühlkammern vom Typ der Fig. 1, 2 und 4 mit einen Nominaldruck von 65 bar.

Das Diagramm zeigt die Abhängigkeit der Ortsverschiebung in mm des Innenbehälters 2 gegenüber dei Innenwand des gewölbten Bodens Ie des Außengehäuses, d. h. den Durchtrittsquerschnftt der Injektionsdüse für die Verbrennungsgase, in Abhängigkeit vorr Brennkammerdruck in bar; die Kurve A bezieht sich dabei auf die Verwendung einer Belleville-Scheibe Kurve B auf die Verwendung einer Ringdichtung unc Kurve C auf die Verwendung eines Klemmrings: diese Kurven schneiden die charakteristischen Druckkurver (Verdichtung) des Propergols für verschiedene Temperaturen (Kurve Di) bei -30°C, Kurve D₂ bei +20⁰C Kurve D₃ bei +83⁰C, in den Funktionspunkten des Generators. Für eine Temperatur von + 20° C schneider die Kurven A und B die Kurve D₂ in einem Punkt, dei e;nem Druck von 60 bar und einer Verschiebung vor 1,7 mm entspricht.

Beim Fehlen einer Regulierung des Verbrennungsdrucks liegen die beobachteten Schwankungen je nach Umgebungstemperatur in der Größenordnung vor ±10 bar, die Streuung des Auslösedrucks einei herkömmlichen Druckbegrenzungsvorrichtung liegt ir der Größenordnung von ±15 bar, je nach der Ladungsverlusten in den Kühlkammern und ohne Berücksichtigung der verschiedenen mechanischer Eigenschaften einer derartigen Vorrichtung. Die Kurve B wurde mit einer Ringdichtung einer Shore-Härte vor 80 (vgl. Fig.2) erhalten; es wird ersichtlich, daß die Vergrößerung der Düsenfläche im Überdruckfall nur ir der Größenordnung von 50% liegt. Die Kurve ,4 ist mil einer Belleville-Scheibe erhalten, deren Verwendung eir schlagartiges Umklappen ermöglicht, wenn der maximale Druck erreicht ist (vgl. Fig. 1), was zu einei Umkehrung des charakteristischen Verhaltens führt und eine über 100%ige Vergrößerung der Düsenfläche ermöglicht. Die Kurve C ist mit einem Klemmring erhalten (vgl. Fig.4); so lange der Klemmring nichl durch einen ausreichenden Überdruck belastet wird, isi die Brennkammer praktisch fest. Eine Druckregulierung kann nur unter Verwendung eines elastischen Ringkörpers erfolgen, der im Kontakt mit dem Boden des Innenbehälters steht und am Klemmring anliegt; in diesem Fall entspricht das gemessene Verhalten dem Abschnitt OPder Kurve Bund dem oberen Abschnitt PQder Kurve C

Die Belleville-Scheibe ist von größerem Interesse als die Ringdichtung, da die öffnung bei gegebener Druckerhöhung größer ist als bei der Verwendung des Rings, wodurch geringere Änderungen des Funktionsdrucks auftreten; derartige Druckänderungen bei kalter und warmer Auslösung liegen bei Verwendung einei Belleville-Scheibe etwa zwischen 55 und 65 bar anstelle von 45-80 bar bei Verwendung einer Brennkammer mit konstanter Düsenöffnung.

Die Druckregulierung bietet ferner folgende Vorteile: Der Maximaldruck im Generator beträgt bei Verwen-

dung einer Bclleville-Scheibe 85 bar; die Druck-Geschwindigkeits-Charakteristik des Propergols wird durch die Charakteristik des Regulierungselements transformiert; auf diese Weise wird beim Gasgenerator mechanisch ein zum »Plateauw-Phänomen äquivalentes

Verhalten erzielt, das die erfindungsgemäß verwen ten Propergole selbst (beispeilsweise Celluloseacel Bindemittel) im Gegensatz zur Mehrzahl der beispii weise für Raketenantriebszwecke verwendeten Prop gole nicht aufweist.

Ilicr/u 4 Ul;iii /eichnimtien

933

Claims

Patentansprüche:

1. Pyrotechnischer Gasgenerator mit festen Kühlmittel und

(a) einer Brennkammer mit einer pyrotechnische!! Gaserzeugungsladung und einer Zündvorrichtung dafür und

(b) einer Kühlkammer mit zumindest einer festen Kühlladung, die mit der Brennkammer sowie der Umgebung durch Austrittsöffnungen in Verbindung steht,

dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (7; 37) in einem verschiebbaren Behälter (2; 32) angeordnet ist, der an einer Seite mit einem Boden (2a; 32a^ verschlossen und auf der anderen Seite offen ist, wobei der Rand der Öffnung (2b; 32b) durch eine Haltevorrichtung im wesentlichen gegen eine erste feste Trennwand des Generators gedrückt wird, die mit der Außenfläche des verschiebbaren Behälters in Verbindung steht und an einer zweiten festen Trennwand des Generators anliegt, und der verschiebbare Behälter (2; 32) während der Verbrennung der pyrotechnischen Ladung durch den auf den Innenboden des Behälters ausgeübten Druck der Verbrennungsgase und durch den Gegendruck der Haltevorrichtung (6, 19, 2a, 20; 33) auf die Außenfläche des Behälters gegenüber der ersten Trennwand verschiebbar ist, wobei dessen Öffnung eine Injektionsdüse mit variablem Durchtrittsquerschnitt bildet.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2,32) starr ist und [njektionsdüsen (21; 24) aufweist, wobei die Haltevorrichtung ebenfalls starr und zum Bruch in der Lage ist, wenn der Gasdruck in der Brennkammer einen vorbestimmten Maximalwert erreicht (vgl.

F ig. 4; 5).

3. Gasgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung ein Klemmring ist, der am Behälterboden anliegt.

4. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter starr ist, während die Haltevorrichtung (19), vorzugsweise durch Druck, deformierbar ist (vgl. F i g. 2).

5. Gasgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (19) ein Ring aus einem elastisch deformierbaren Material ist, der am Boden des verschiebbaren Behälters anliegt (vgl. F i g. 2).

6. Gasgenerator nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine zusätzlich zum elastischen Ring vorgesehene Druckbegrenzungsvorrichtung wie z. B. einem Klemmring, an dem der Ring anliegt.

7. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (2a) des verschiebbaren Behälters deformierbar ist, während die Haltevorrichtung starr ist und am Mittelteil des Bodens anliegt (vgl. F i g. 3).

8. Gasgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (2a^ aus einem dünnen, fortschreitend deformierbaren Metallblech besteht (vgl. Fig. 3).

9. Gasgenerator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Haltevorrichtung, f>5 beispielsweise ein Klemmring, zum Bruch in der Lage ist, wenn der Druck einen vorbestimmten Maximalwert erreicht.

10. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Behälter starr ist, während die am Boden des Behälters anliegende Haltevorrichtung (6; 33) bis zu einer vorbestimmten maximalen Belastung fortschreitend und oberhalb der maximalen Belastung abrupt deformierbar ist (vgl. F i g. 1; 5).

11. Gasgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (6) eine gewölbte Scheibe oder eine Belleville-Scheibe ist gg)

12. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung bis zu einer vorbestimmten maximalen Belastung fortschreitend deformierbar ist, bei der ein Bruch der Vorrichtung eintritt.

13. Gasgenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung ein elastischer Klemmring ist.

14. Gasgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch konzentrische Brenn- und Kühlkammern, wobei der verschiebbare Behälter in der Generator achse in einer Führung vorgesehen ist, während die zumindest eine feste Kühlladung enthaltende Kühlkammer den Behälter konzentrisch völlig umgibt und die Gaszirkuiation im Behälter und in der Kühlkammer umgekehrt ist.

15. Gasgenerator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch lineare Anordnung, wobei die Kühlkammer (26), die zumindest eine feste Kühlladung enthält, anschließend an den verschiebbaren Behälter (32) in dessen Achse angeordnet ist und der Rand der Öffnung des Behälters dicht am Mittelteil des Bodens (23) der Kühlkammer unter Bildung einer ersten festen Trennwand anliegt, auf dem äußeren Umfang des Bodens Injektionsdüsen (24) vorgesehen sind, der Behälter sich in einem rohrförmigen Ansatz (31) befindet, der sich an den Boden anschließt und eine zweite feste Trennwand darstellt, und ein Halteglied (34) in Verbindung mit der Außenfläche des verschiebbaren Behälters vorgesehen ist, das an dem rohrförmigen Ansatz anliegt (vgl. F i g. 5).

16. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 und 4-14, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Behälter in der Nähe des Randes der Öffnung mit Injektions-Durchtrittsöffnungen kleinen und konstanten Querschnitts versehen ist.

17. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 und 4 — 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Öffnung des verschiebbaren Behälters dicht gegen die erste feste Trennwand gedrückt wird und der verschiebbare Behälter keine Düse aufweist.