Трубчатый газогенератор к подушке безопасности - RU2042420C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к газогенераторам, применяемым, в частности, в автомобильной промышленности, более конкретно к трубчатому газогенератору к надувной подушке безопасности.

Известен трубчатый газогенератор к надувной подушке безопасности, содержащий корпус, выполненный из наружной трубы с отверстиями для выпуска газа, расположенной соосно в наружной трубе с образованием кольцевого зазора для приема фильтрующего материала внутренней трубы для приема газообразующего материала с отверстиями для выпуска газа и запорных крышек, установленных на торцовых концах газогенератора, и запальное приспособление, заходящее во внутреннюю трубу, а также цилиндрическую емкость для приема смеси рабочей среды и самовоспламеняющегося материала, конец которой открывается в условиях применения.

Самовоспламеняющиеся материалы в газогенераторах воспламеняются по достижении минимальной температуры, которая намного ниже температуры самовоспламенения производящего сжатый газ материала. Самовоспламеняющийся материал имеет функцию термического предохранителя для газогенератора. В случае пожара, например автомобиля или в случае пожара при хранении трубчатого газогенератора данный предохранитель нагревается. В результате нагревания механические свойства корпуса ухудшаются и корпус при высокой температуре больше не имеет необходимую стабильность, предотвращающую его разрыв. При нагревании корпуса (труб и запорной крышки) нагреваются и запальное приспособление, и размещенный в нем самовоспламеняющийся материал, который по достижении температуры его самовоспламенения, при которой механические свойства корпуса являются еще достаточно хорошими, воспламеняет газообразующий материал. Корпус известного газогенератора выполнен из алюминия, который обладает сравнительно высокой теплопроводностью. В результате этой высокой теплопроводности имеется опасность сильного нагревания газообразующего материала через корпус газогенератора, что при воспламенении может приводить к столь интенсивному газообразованию, что корпус разрывается.

В основу изобретения положена задача создать трубчатый газогенератор вышеуказанного типа, газообразующий материал (производящий сжатый газ материал) которого надежно защищен от наружного воздействия тепла через корпус с тем, чтобы термическое предохранение срабатывало при повышении температуры корпуса перед достижением газообразующего материала слишком высокой температуры.

Поставленная задача согласно изобретению решается тем, что в трубчатом газогенераторе к надувной подушке безопасности, содержащем корпус, выполненный из наружной трубы с отверстиями для выпуска газа, расположенной соосно в наружной трубе с образованием кольцевого зазора для приема фильтрующего материала внутренней трубы для приема газообразующего материала с отверстиями для выпуска газа и запорных крышек, установленных на торцовых концах корпуса, запальное приспособление, заходящее во внутреннюю трубу, и по меньшей мере одно самовоспламенительное приспособление, на участке самовоспламенительного приспособления корпус выполнен из одного материала, обладающего высокой теплопроводностью, а на остальном участке из другого материала, по сравнению с первым материалом обладающего значительно меньшей теплопроводностью, причем самовоспламенительное приспособление соединено с корпусом с обеспечением теплопередачи.

Таким образом, согласно изобретению корпус выполнен из двух различных материалов, обладающих разной теплопроводностью. При этом большая часть корпуса состоит из материала, обладающего сравнительно низкой теплопроводностью. Можно использовать, например, нержавеющую сталь. Тот участок корпуса, на котором установлено самовоспламенительное приспособление, состоит из материала, теплопроводность которого во много раз превышает теплопроводность другого материала. Корпус на том участке, на котором он состоит из другого материала, действует в качестве теплоизолятора, защищающего газообразующий материал от воздействия тепла. Лишь на небольшом участке корпуса его теплопроводность крайне высока. При нагревании корпуса, например в случае пожара тепло быстро передается в самовоспламенительное приспособление, находящееся в контакте с первым материалом корпуса с обеспечением теплопередачи. За счет различных теплопроводностей корпуса на участке самовоспламенительного приспособления, обладающего максимальной теплопроводностью, в случае нагревания обеспечивается достижение самовоспламенительным приспособлением температуры самовоспламенения всегда перед достижением газообразующим материалом температуры самовоспламенения или слишком высокой температуры. Благодаря этому обеспечено надежное функционирование термического предохранения предлагаемого газогенератора, т.е. обеспечена его срабатывание перед достижением производящим сжатый газ зарядом слишком высокой интенсивности газообразования.

Предпочтительно теплопроводность одного материала в 10-20раз превышает теплопроводность другого материала. Этого достигают, например, тем, что в качестве первого материала выбирают алюминий, а в качестве второго нержавеющую сталь, например сталь 1.4301 согласно промышленному стандарту DE N 17440 (нержавеющие стали).

С целью эффективной защиты газообразующего материала от нагревания передаваемым через корпус теплом и на обладающем высокой теплопроводностью участке корпуса согласно предпочтительной форме выполнения изобретения на участке самовоспламенительного приспособления корпус на внутренней стенке снабжен термоизоляцией, перекрывающей тот участок корпуса, который выполнен из первого материала, не отделяя при этом газообразующий материал от самовоспламенительного приспособления. Термически изолирующий слой, не перекрывающий самовоспламенительное приспособление, способствует дополнительной концентрации теплопередачи на обладающем высокой теплопроводностью участке корпуса в направлении самовоспламенительного приспособления. Таким образом, термическое предохранение предлагаемого газогенератора, т.е. самовоспламенительное приспособление, при нагревании корпуса за температурой воспламенения самовоспламенительного приспособления срабатывает еще быстрее.

Предпочтительно самовоспламенительное приспособление закреплено по крайней мере на одной из запорных крышек, причем по крайней мере одна из последних выполнена из первого материала, например алюминия. При этом самовоспламенительное приспособление, предпочтительно имеющее в основном цилиндрическую форму, с силовым и геометрическим замыканием интегрировано в запорной крышке. Соединение между самовоспламенительным приспособлением и запорной крышкой обеспечено предпочтительно путем свинчивания данных элементов или за счет прессовой посадки между самовоспламенительным приспособлением и запорной крышкой, т.е. участком корпуса, обладающим высокой теплопроводностью.

Согласно предпочтительной форме выполнения изобретения обе запоpные крышки выполнены из первого, обладающего высокой теплопроводностью, материала, например алюминия, и на каждой крышке закреплено одно самовоспламенительное приспособление, находящееся в контакте с соответствующей запоpной крышкой с обеспечением теплопередачи. Благодаря этому обеспечено срабатывание термического предохранения газогенератора при нагревании его корпуса и в том случае, если газогенератор нагревается, в частности, на одном его конце.

Согласно другой предпочтительной форме выполнения изобретения самовоспламенительное приспособление имеет в основном цилиндрический корпус из обладающего теплопроводностью материала, установленный в центральном проходном отверстии запоpной крышки и выполненный с глухим отверстием, открытым в сторону производящего сжатый газ заряда внутренней трубы, причем в данном отверстии размещен самовоспламеняющийся при определенной минимальной температуре материал (например, на основе нитроцеллюлозы). Предпочтительно глухое отверстие имеет форму сопла, за счет чего при воспламенении самовоспламеняющегося материала образуется сфокусированное, заходящее в газообразующий материал острое пламя.

Предпочтительно самовоспламеняющийся материал в глухом отверстии имеется в виде гомогенного прессованного тела, перекрытого относительно открытого конца глухого отверстия фольгой, например свинцово-оловянной, причем после размещения фольги ее кромку плотно закрывают подходящим лаком. Фольга во время хранения, перевозки и монтажа самовоспламенительного приспособления в газогенераторе защищает самовоспламеняющийся материал от выпадения и от воздействия окружающей среды.

Воспламенение самовоспламеняющегося материала можно усилить с помощью усилительного заряда, воспламенение инициируется самовоспламеняющимся материалом. Самовоспламеняющийся материал предпочтительно размещен в области днища глухого отверстия, т.е. он находится на обращенном наружу участке стенки корпуса или запорной крышки. Таким образом, обеспечено, что при воздействии сильной теплоты снаружи самовоспламеняющийся материал нагревается до температуры самовоспламенения. Благодаря усилению запального пламени за счет воспламенения усилительного заряда (нитрата бора и калия) используется сравнительно небольшое количество самовоспламеняющегося материала, обычно представляющего собой материал на основе нитроцеллюлозы. Благодаря этому достигается быстрое нагревание (незначительная теплоотдача из-за незначительного количества), кроме того, количество угарных газов, образующихся при сжигании самовоспламеняющегося материала, также незначительно. Если бы самовоспламенительное приспособление в качестве материала сжигания содержало исключительно нитроцеллюлозу, то требовалось бы сравнительно большое количество с тем, чтобы обеспечить надежное воспламенение производящего cжатый газ заряда. В этом отношении применение усилительного заряда связано с преимуществом.

Корпус самовоспламенительного приспособления может быть установлен в аксиальном удлинении наружной трубы и простираться за ее запорную крышку. Данный аксиальный болт, в области которого корпус является массивным и, таким образом, стабильным, может быть снабжен резьбой, например, для закрепления газогенератора в автомобиле. Предпочтительно корпус выполнен из алюминия или алюминиевого сплава.

На фиг. 1 изображен предлагаемый трубчатый газогенератор, частично вскрытый и на этом участке изображенный в продольном сечении; на фиг. 2 один из концевых участков газогенератора с самовоспламенительным приспособлением, продольный разрез; на фиг. 3 соответствует фиг. 2, причем корпус самовоспламенительного приспособления в аксиальном направлении заходит за запорную крышку.

Трубчатый газогенератор 1 к надувной подушке безопасности используется в транспортных средствах. Корпус трубчатого газогенератора 1 содержит наружную трубу 2, выполненную из нержавеющей стали и с отверстиями 3 для выпуска газа, расположенными равномерно по четырем окружным линиям наружной трубы 2. Выпускные отверстия 3 находятся в основном на среднем по аксиальному направлению газогенератора участке наружной трубы 2. В наружной трубе 2 соосно с ней расположена внутренняя труба 4, выполненная из нержавеющей стали. На осевых концевых участках внутренней трубы 4 выполнены отверстия 5 для выпуска газа, расположенные равномерно по двум окружным линиям в зоне концевых участков внутренней трубы 4. Таким образом, между выпускными отверстиями 3 наружной трубы 2 и выпускными отверстиями 5 внутренней трубы 4 существует аксиальное расстояние.

Наружный диаметр внутренней трубы 4 меньше внутреннего диаметра наружной трубы 2, так что между наружной 2 и внутренней 4 трубами образован кольцевой зазор 6, который в зоне между выпускными отверстиями 3, 5 труб 2, 4 заполнен пакетами 7 металлического фильтра, представляющего собой, например, выполненные из нержавеющей стали проволочные сетки.

Внутренняя труба 4 заполнена газообразующим материалом на натриевой основе в виде дискретных частиц 8, который при сгорании производит сжатый газ. Газообразующий материал, обозначаемый также как производящий сжатый газ заряд, расположен неупорядоченно во внутренней трубе 4. Электрическое запальное приспособление 9 для воспламенения производящего сжатый газ заряда закреплено на трубах 2, 4 и частично заходит во внутреннюю трубу 4.

На торцовых концах 10 наружной трубы 2 газогенератор 1 закрыт дискообразными запорными крышками 11. На концах внутренней трубы 4 расположены упругие сжимаемые дисковые элементы 12 из керамического войлока или керамической ткани, с одной стороны опирающиеся на частицы 8, а с другой стороны на запорные крышки 11. Таким образом, частицы 8 упруго зажаты между дисковыми элементами 12. Упругие дисковые элементы 12 служат для компенсирования допуска количества находящихся во внутренней трубе 4 частиц 8, обеспечивая компактное расположение частиц 8 и в том случае, если внутренняя труба 4 не полностью заполнена образующим газ материалом или если вследствие вибрации плотность частиц 8 повышается. Запорные крышки 11 выполнены из алюминия и служат также для позиционирования внутренней трубы 4.

Представленный на фиг. 1 трубчатый газогенератор 1 работает следующим образом.

Электрическое запальное приспособление 9, которое согласно представленной на чертеже форме выполнения представляет собой так называемый электродетонатор со слоистым мостиком накаливания, зажигается определенным электрическим импульсом (конструкция и конфигурация запального приспособления 9 не имеет значения для успешного осуществления изобретения). При использовании трубчатого газогенератора 1 для произведения сжатого газа для подушки безопасности в транспортном средстве этот электрический импульс формируется, например, при замыкании инерционного выключателя в результате столкновения транспортного средства с другим объектом. При этом в запальном приспособлении 9 зажигается так называемый усилительный заряд. Образующиеся при этом горячие продукты сгорания, а также пламя и сжатый газ поступают через выполненные в запальном приспособлении 9 отверстия 13 в полость внутренней трубы 4, где равномерно и одновременно зажигаются частицы 8. В зависимости от конкретного случая применения изобретения во внутренней трубе 4 размещено разное количество газообразующего материала, который производит газ под давлением примерно до 200 бар. Горячие газы, которые примерно на 95% состоят из азота, поступают через выпускные отверстия 5 на концах внутренней трубы 4 в кольцевой зазор 6, где входят в контакт с фильтровальными пакетами 7, предназначенными для охлаждения газов и их очистки от твердых веществ и конденсата. Охлаждаемые и очищаемые таким образом газы покидают газогенератор через отверстия 3, выполненные в наружной трубе 2. Представленный на фиг. 1 трубчатый газогенератор 1 производит в объеме 60 дм³ сжатый газ под давлением около 3 бар примерно за 30 мс.

На фиг. 3 и 2 подробно показаны позиционирование внутренней трубы 4 на запорных крышках 11 наружной трубы 2 и установка самовоспламенительного приспособления 14, служащего в качестве термического предохранения в запорных крышках 11. Видно, что на торцовом конце 10 запорная крышка 11 охвачена наружной трубой 2 Выступающий в аксиальном направлении за запорную крышку 11 конец наружной трубы 2 выполнен изогнутым в месте 15. Для бокового уплотнения запоpной крышки 11 относительно внутренней поверхности наружной трубы 2 служит уплотнение 16. Кроме того, запорная крышка 11 выполнена с окружной канавкой 17, с которой взаимодействуют выступы 18, выполненные на наружной трубе 2 и направленные внутрь. Выступы 18 образованы, например, в результате многократного насекания наружной трубы 2.

На внутренней поверхности запорной крышки, обращенной к торцовому концу внутренней трубы 4, выполнена круговая выемка 19, в которой расположен концевой участок внутренней трубы 4. Концевой участок внутренней трубы 4 зажат в выемке 19 без радиального допуска. В области отверстий 5 к внутренней поверхности внутренней трубы 4 прилегает газонепроницаемая фольга 20, разрушаемая при воспламенении производящего сжатый газ заряда, предотвращающая внедрение частиц 8 в отверстия 5, а также износ частиц 8 и защищающая производящий сжатый газ заряд от влажности.

В запорной крышке 11 выполнено центральное проходное отверстие 21, в котором размещено самовоспламенительное приспособление 14. Самовоспламенительное приспособление содержит цилиндрический корпус 22, который на торцовом конце 10 газогенератора 1 кончается в одной плоскости с запорной крышкой 11, а внутри выступает за днище выемки 19. На данном выступающем участке корпус 22 выполнен расширенным, и в расширенной зоне корпус 22 опирается о запорную крышку 11. Корпус 22 за счет прессовой посадки установлен в проходном отверстии 21 запорной крышки 11.

В цилиндрическом корпусе 22 выполнено аксиальное глухое отверстие 23, открытое в сторону внутренней трубы 4, т.е. образующего газ материала. Отверстие 24 образовано кольцевым диском 25, по своей окружности охваченным концевым участком корпуса 22, простирающимся во внутреннюю трубу 4. Данный концевой участок корпуса 22 изогнут вокруг кольцевого диска 25 и таким образом жестко связывает диск с корпусом 22.

Глухое отверстие 23 частично заполнено материалом, сгорающим с определенной температурой. Материал состоит из двух слоев, причем первый слой 26 (представляющий собой самовоспламенительный материал) расположен в области днища отверстия 23 и перекрыт вторым слоем 27, представляющим собой усилительный заряд. На поверхности второго слоя 27 размещена защитная фольга 28. Конец корпуса 22, внутрь выступающий за днище выемки 19, окружен дисковым элементом 12 из керамического войлока или керамической ткани, прилегающей к внутренней поверхности запорной крышки 11 и почти полностью заполняющей выемку 19. Керамический войлок или керамическая ткань благодаря своей структуре имеет упругие свойства, благодаря которым частицы 8 зажимаются и удерживаются в своем положении.

Самовоспламенительное приспособление 14, служащее в качестве термического предохранения газогенератора 1, работает следующим образом.

При нагревании газогенератора 1, например, в случае пожара нагревается его корпус, т.е. наружная 2 и внутренняя 4 трубы и запорные крышки 11. Так как материал (нержавеющая сталь), из которого выполнены трубы 2, 4, обладает лишь небольшой теплопроводностью, газогенератор 1 в цилиндрической области термически хорошо изолирован: воздействующая снаружи теплота через трубы 2, 4 лишь немного или же вообще не передается на частицы 8. Совсем другой представляет собой ситуация на запорных крышках 11, выполненных из алюминия,т. е. из материала, по сравнению с нержавеющей сталью обладающего примерно 15-кратной теплопроводностью (теплопроводность алюминия составляет примерно 204 В/мК, в то время как нержавеющая сталь имеет теплопроводность примерно 14 В/мК). Таким образом, воздействующее снаружи тепло через запорные крышки 11 хорошо и быстро передаются на корпус 22 самовоспламенительного приспособления 14. При этом следует обратить внимание на то, что сам корпус 22 одним из своих торцовых концов расположен в одной плоскости с запорной крышкой 11, т. е. теплота пожара непосредственно воздействует и на него. Корпус 22 выполнен из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например алюминия. Керамический войлок или керамическая ткань дискового элемента 12, размещенного на внутренней поверхности каждой запорной крышки 11, предотвращает отдачу тепла с запорной крышки 11 на частицы 8 и тем самым их воспламенение. Однако наличие керамического войлока или керамической ткани не обязательно, так как термическое предохранение из-за особенно высокой теплопроводности в запорных крышках 11 во всяком случае срабатывает до достижения производящим сжатый газ зарядом температуры самовоспламенения.

Первый слой 26 воспламеняющегося материала, размещенного в корпусе 22, имеет более низкую температуру самовоспламенения, чем второй слой 27 и намного более низкую температуру самовоспламенения, чем частицы 8. В случае нагревания корпуса 22 по достижении температуры самовоспламенения первый слой 26 воспламеняется. Из-за сгорания данного слоя воспламеняется и второй слой 27, поэтому материал первого слоя 26 можно называть инициирующим материалом, а материал второго слоя 27 усилителем воспламенения и вспомогательным материалом для надежного воспламенения частиц 8. Путем сгорания второго слоя 27 воспламеняется образующий газ материал, представляющий собой основной заряд газогенератора. В этот момент газогенератор 1 имеет еще столь низкую температуру, что механическая прочность труб 2, 4, запорных крышек 11 предотвращает разрыв газогенератора 1. Кроме того, нагревание частиц 8 в момент самовоспламенения самовоспламенительного приспособления 14 еще столь незначительно, что их газообразование еще не приводит к разрыву газогенератора 1.

Фиг. 3 в основном соответствует фиг. 2, за исключением того, что корпус 22 по образцу болта или цапфы выступает наружу за торцовой конец 10 газогенератора 1. При этом корпус 22 снабжен наружной резьбой. Корпус 22 свинчен с запорной крышкой 11, для чего проходное отверстие 21 запорной крышки 11 имеет внутреннюю резьбу (не показана).

Реферат

Использование: в газогенераторах. Сущность: трубчатый газогенератор к надувной подушке безопасности, содержащий корпус, выполненный из наружной трубы с отверстиями для выпуска газа, расположенной соосно в наружной трубе с образованием кольцевого зазора для приема фильтрующего материала внутренней трубы для приема газообразующего материала с отверстиями для выпуска газа и запорных крышек, установленных на торцовых концах корпуса, запальное приспособление, заходящее во внутреннюю трубу, и по меньшей мере одно самовоспламенительное приспособление, отличается тем, что на участке самовоспламенительного приспособления корпус выполнен из материала, обладающего высокой теплопроводностью, а на остальном участке из материала, по сравнению с первым материалом обладающего значительно меньшей теплопроводностью, причем самовоспламенительное приспособление соединено с корпусом с обеспечением теплопередачи. 8 з. п. ф-лы, 3 ил.

Формула