DE2160738A1

DE2160738A1 - Vorrichtung zum raschen Ausstoßen einer Flüssigkeit aus einem Reservoir durch Abbrennen einer Treibladung und gegebenenfalls Mischen von Flüssigkeit und Verbrennungsgas

Info

Publication number: DE2160738A1
Application number: DE19712160738
Authority: DE
Inventors: Bernard; Doin Bernard; Saint-Medard-en-Jalles Plantif (Frankreich). P
Original assignee: Etat Francais represente par Ie Ministre dEtat Charge de la Defense National, Delegation Ministerielle pour lArmement (DIRECTION DES POUDRES), Paris
Priority date: 1970-12-11
Filing date: 1971-12-07
Publication date: 1972-06-29
Also published as: CH559317A5; DE2160738C3; US3813007A; NL7116989A; CA945123A; LU64393A1; AU3629471A; IT951710B; SE378886B; AU462638B2; GB1368504A; CS163788B2; BE775997A; ES397877A1; DE2160738B2

Description

piping, β. p_;-et:

Manchen 22, Sieinsdorfstr. 10

96-17.971P(ir.972H) 7. 12. 1971

Etat Frangais represente par Ie Ministre d'Etat Charge de la Defense Nationale Delegation Ministerielle pour l'Armement (DIRECTION des POUDRES), Paris (Prankr.)

Vorrichtung zum raschen Ausstoßen einer Flüssigkeit aus einem Reservoir durch Abbrennen einer Treibladung und ggf. Mischen von Flüssigkeit und Verbrennungsgas

.Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum raschen Ausstoßen einer Flüssigkeit aus einem Reservoir durch Abbrennen einer Treibladung und ggf. Mischen von Flüssigkeit und Verbrennungsgas»

Es ergibt sich oft die Notwendigkeit, eine Flüssigkeit rasch unter erhöhtem Druck aus einem Behältnis auszutreiben. Ein allgemein dafür angewandtes Verfahren besteht darin, die Flüssigkeit in eine druckfeste Kammer einzuschließen und diese im Zeitpunkt der Verwendung mit einem Druckgas-Reservoir in Verbindung zu bringen, um die Flüssigkeit auszutreiben.

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Diese Anwendung eines Vorratsbehälters mit auf einen hohen Druck kombiniertem Gas ist jeweils dann besonders " störend, wenn Raumbedarf und Gewicht eine bedeutende Rolle spielen. Im übrigen wird für die Freigabe des unter Druck stehenden Gases ein mechanisches oder pyrotechnisches Ventil benötigt, was stets teuer ist. Von den möglichen Anwendungen eines solchen Verfahrens sind insbesondere zu nennen:

Das Aufblasen von nachgiebigen Hüllen, insbesondere von } Sicherheitskissen für Kraftfahrzeuge durch abgekühlte Gase; ■

das Austreiben der Bnergielieferanten (des ergols) aus den Vorratsbehältern von Flüssigkeitsraketen; oder

- der Betrieb von Löschpatronen bzw. Feuerlöschern.

Für das Aufblasen von Sicherheitskissen für Kraftfahrzeuge ist ein anderes Verfahren' bekannt, bei dem die Gase für die Aufprägung von Druck auf die auszutreibende Flüssigkeit von der Verbrennung eines Schießpulverblocks bzw. einer Pulvermasse herstammen, der bzw. die in einem zweiten druck_fc festen Gehäuse innerhalb des Flüssigkeitsreservoirs untergebracht ist» Während der Verbrennung des Pulverblocks wird ein Teil der Verbrennungsgase in das Flüssigkeitsreservoir selbst geschickt, um dort über der Flüssigkeit einen Überdruck zu erzeugen, durch den die Flüssigkeit aus dem Reservoir in den Auslaßstutzen durch eine Öffnung ausgetrieben wird, die sich im unteren Teil des Reservoirs befinden soll. Diese Art der Durchführung erfordert jedoch das Vorhandensein von zwei druckfesten Gehäusen, von denen das eine die auszutreibende Flüssigkeit enthält und das andere als Verbrennungskammer für das Treibmittel dient, so daß die Vorrichtung ins-

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gesamt zugleich sperrig und teuer ist« Daruberhinaus funktioniert die nach diesem Verfahren konzipierte Vorrichtung nur in einer einzigen genau definierten Position.

Ziel der Erfindung ist daher die Beseitigung der vorstehend genannten Mängel.

Das dabei angewandte-Prinzip besteht in der Unterbringung von treibmittelhaltiger Verbrennungskammer und Flüssigkeitsreservoir in einem gemeinsamen Druckbehälter, wo der durch die Verbrennung des Treibmittels entwickelte Gasdruck über eine zumindest teilweise deformierbare oder verschiebbare bzw. bewegliche Trennwand zwischen Verbrennungskammer und Flüssigkeitsreservoir.auf die Flüssigkeit übertragen wird, die über kalibrierte Öffnungen ausgetrieben wird. Für die Verbrennungsgase können ebenfalls kalibrierte Öffnungen, " die - im Falle, daß nur der Flüssigkeitsausstoß von Interesse ist - von den Auslaßöffnungen des Flüssigkeitsreservoirs völlig getrennt sind. Insbesondere aber wird bei Anwendung des Prinzips auf einen Gasgenerator durch Anordnung einer Mischoder Kühlkammer, in welche sowohl die Auslaßöffnungen des Flüssigkeitsreservoirs als auch die Auslaßöffnungen für die Verbrennungsgase einmünden, eine Durchmischung von austretender Flüssigkeit und Verbrennungsgas angestrebt, das dadurch auf mäßige Temperaturen abgekühlt und vorzugsweise über einen Diffusor zum Verbrauch abgegeben wird.

Demgemäß ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum raschen Ausstoßen einer Flüssigkeit aus einem Eeservoir durch •Abbrennen einer Treibladung und ggf. Mischen von Flüssigkeit und Verbrennungsgas, gekennzeichnet durch eine mit einem festen Treibmittel und Zündvorrichtung versehene Verbrennungs-

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kammer, die gegenüber dem Reservoir eine im Hinblick auf eine zum momentanen Austreiben der Flüssigkeit ausreichende Volumenverminderung des Reservoirs unter der Druckwirkung der von der Treibmittelverbrennung herstammenden Gase zumindest teilweise deformierbare oder bewegliche Trennwand aufweist; und durch abgeglichene bzw. kalibrierte Öffnungen, die aus dem Flüssigkeitsreservoir nach außen bzw. in einen Auslaßstutzen führen, der ggf. mit weiteren, den Zugang von der Verbrennungskammer her gestattenden kalibrierten Öffnungen versehen ist, die aber auch ohne weiteres getrennt nach außen führen können.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen Gasgenerator, mit dem innerhalb sehr kurzer Zeiten eine Freisetzung bedeutender Gasmengen von der Verbrennung eines Treibmittels und die Abkühlung der Verbrennungsgase auf eine gemäßigte Temperatur durch Verdampfung einer Flüssigkeit erreicht werden kann und dessen Verwendung für das rasche Aufblasen von aufblasbaren Gegenständen, speziell Sicherheitskissen für Kraftfahrzeuge.

Ein solcher Generator umfaßt ganz allgemein einen Hohlkörper aus druckfest ein Material, der innen in zwei Kammern unterteilt ist,'"von denen die eine das Flüssigkeitsreservoir mit einer verdampfbaren Flüssigkeit und die andere die dieses umgebende oder überragende bzw. überlagernde Verbrennungskammer mit festem Treibmittel (propergol) und Zündvorrichtung bildet; Reservoir und Verbrennungskammer stehen getrennt über unterschiedliche kalibrierte Öffnungen mit dem als Kühlkammer wirkenden Auslaßstutzen in Verbindung.

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Vorzugsweise sind der druckfeste Hohlkörper und das fflüssigkeitsreservoir genau bzw. empfindlich zylindrisch und letzteres innerhalb des Hohlkörpers und in dessen Achse bzw. koaxial zu diesem angeordnet unter Bildung einer ringförmigen. Verbrennungskammer zwischen beiden.

Das zylindrische Reservoir kann dabei aus steifem Material bestehen und einen Außendurchmesser haben, der geringer ist als der Innendurchmesser des Hohlkörpers; das mit dem zuströmseitigen Teil der Verbrennungskammer in Verbindung gehaltene zuströmseitige Ende des Reservoirs wird dann durch einen verschiebbaren Kolben verschlossen, der im Reservoir von der Zuströmseite zur Abströmseite desselben bewegt werden kann, während abströmseitig Verbrennungskammer und Reservoir getrennt über unterschiedliche kalibrierte Öffnungen mit der Kühlkammer verbunden sind.

Gemäß einem zusätzlichen Merkmal dieser Ausführungsform bildet die Kühlkammer eine Verlängerung des Reservoirs für verdampfbare Flüssigkeit, von dem sie durch eine transversale Trennwand mit kalibrierten Öffnungen oder Injektionsdüsen getrennt wird, die ggf. konvergieren und/oder mit einem Strahlbrecher oder Strahlverteiler versehen sind; die Kühlkammer wird außerdem zumindest teilweise von der Verbrennungskammer umgeben, mit der sie über radiale Düsen in der Wand der Kühlkammer in Verbindung gehalten wird.

Gemäß einer Variante dieser Ausführungsart besitzt der Generator einen genau zylindrischen einstückigen Hohlkörper, der an seinem abströmseitigen Ende durch eine Stirnwand mit Verteiler- oder Austrittsschlitzen verschlossen wird und an seinem zuströmseitigen ünde einen auf- oder angesetzten Boden

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besitzt; innerhalb dieses Körpers und in dessen Achse bzw. koaxial zu diesem ist ein Reservoir mit verdampfbarer Flüssigkeit montiert, das zum einen mit dem Hohlkörper eine ringförmige Verbrennungskammer mit dem festen Treibmittel und seiner Zündvorrichtung und zum anderen mit der Verteilerstirnwand eine Kühlkammer begrenzt; das abströmseitige Ende dieses Reservoirs steht mit der Kühlkammer über seitlich stehende kalibrierte Öffnungen in Verbindung, während das abströmseitige Ende der Verbrennungskammer mit der Kühlkammer über längs stehende kalibrierte Öffnungen in einer ringförmigen Abschlußplatte verbunden ist, die gegenüber dem abströmseitigen Ende des Reservoirs etwas zurückspringend bzw. zurückversetzt angeordnet ist.

Insbesondere wird das Reservoir für verdampfbare Flüssigkeit durch einen zylindrischen Stutzen gebildet, dessen Außendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des Hohlkörpers; der Stutzen wird zum einen an seinem zuströmseitigen Ende durch einen Kolben verschlossen und zum anderen an seinem abströmseitigen Ende durch eine Stirnwand bzw. einen Boden, die bzw. der einen gewissen Abstand von der Diffusor- oder Verteilerstirnwand des Hohlkörpers hält; der dadurch entstehende Zwischenraum bildet die Kühlkammer, die zum einen mit dem Reservoir über seitlich stehende kalibrierte Öffnungen in dem über die Ringplatte hinausragenden Teil des Stutzens und zum anderen mit der Verbrennungskammer über längs stehende kalibrierte Öffnungen in der Ringplatte verbunden ist; die Verbindung zwischen der Verbrennungskammer und dem Kolben wird durch zumindest eine innseitige Aushöhlung im angesetzten Boden des Hohlkörpers sichergestellt, die beidseits des Stutzens vorgesehen ist und vorübergehend, von der Zünd,ladung eingenommen wird.

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Gemäß einer anderen Variante besteht das Reservoir für verdampfbare Flüssigkeit aus einem nachgiebigen, deformierbaren Material und wird insbesondere durch einen einseitig offenen Beutel oder Behälter gebildet, der auf den Umfang der Trennwand zur Kühlkammer hin aufgezogen und/oder aufgeklebt ist. Bei dieser Ausführungsform deformiert sich das Reservoir für verdampfbare Flüssigkeit unter der Wirkung des Druckes, der von der Verbrennung des Treibmittels herstammenden G-ase unter Ausstoß der enthaltenen Flüssigkeit in die Kühlkammer hinein, wo seine Mischung mit den Verbrennungsgasen und Verdampfung unter augenblicklicher Abkühlung der Gase stattfindet.

Als festes Treibmittel kann ein zweibasisches Schießpulver in Form hohler Halme verwendet werden, die auf einem Ringfuß montiert sind oder ein Pulver in Form von "Wellpappe" oder ein lamellenförmiges Pulver oder auch jede andere Ladung mit geringer Verbrennungsdauer, der.en "spezifischer Durchsatz" (debit) unter 1500 bis 2000 g/s/cm liegt und dessen Eigenschaften wenig von der ursprünglichen Zündtemperatur abhängen.

Darüber hinaus kann man mit Vorteil eine Zündvorrichtung mit einem ringförmigen Zylinder anwenden.

Als verdampfbare Flüssigkeit können Wasser, Mischungen, die Wasser und einen niederen Alkanol oder ein Diol enthalten, wie Wasser-Liethanol-Mischungen oder Y7asser-Glykol-Mischungen oder eine wässrige Galoiumchloridlösung verwendet werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die in das Reservoir eingebrachte verdampfbare Flüssigkeit in einer

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leicht zum Bersten bzw. Zerplatzen zu bringenden dichten Hülle aus Kunststoff abgepackt bzw. untergebracht, die ggf. geschwächte Zonen geringerer Stärke aufweist und an der Innenwand des Reservoirs sind ggf. Spitzen zur Erleichterung der Öffnung d^-er Kunststoffhülle vorgesehen..

Im übrigen wird die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsart durch zwei aus einem druckfestem Material hergestellte Halbschalen gebildet, die zusammengesetzt zwischeneinander eine ggf. gewellte Trennmembran aus deformierbarem Material einspannen bzw. festhalten; diese Membran unterteilt das Innere der Halbschalen in zwei Kammern, von denen die eine als Reservoir für die verdampfbare Flüssigkeit dient und die andere als Verbrennungskammer und ein festes Treibmittel mit seiner Zündvorrichtung enthält; Reservoir und Verbrennungskammer können unabhängig voneinander mit kalibrierten Auslaßöffnungen versehen sein; insbesondere aber stehen beide getrennt über kalibrierte Öffnungen mit einer Kühlkammer in Verbindung, die an einem Teil der Seiten der Halbschalen oder seitlich über dem gesamten äußeren Umfang der Schalen angebracht.ist, wobei ggf. ein Diffusor für die Herausleitung der gekühlten Gase aus dem Generator vorgesehen ist. .

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden mehr in's Einzelne, gehenden Beschreibung an Hand der angefügten Zeichnungen hervorgehen; es zeigen:

Pig. 1 einen längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Gasgenerator mit einem FlüssigKeitsreservoir mit Kolben;

Hg. 2 eine Abwandlung des in Pig.T gezeigten Generators;

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Fig. 3 teils einen Längsschnitt, teils eine Seitenansicht einer zweiten Variante des Generators gemäß Mg.1;

Fig. 4 eine Aufsicht auf die Diffusor-Stirnwand des Generators gemäß Fig. 3;

Pig. 5 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Generator mit deformierbarem Reservoir;

Mg. 6 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Generator mit deformierbarer Trennmembran;

Mg. 7 eine Variante des Generators gemäß Mg. 6; und

Mg. 8 einen Schnitt durch eine analoge erfindungsgemäße Vorrichtung zum Austreiben einer Flüssigkeit aus einem Reservoir.

Der in Pig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Gasgenerator umfaßt im wesentlichen einen zylindrischen.rohrförmigen Körper 1, innerhalb dessen ein zylindrisches Rohrelement 2 koaxial montiert ist, dessen Außendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des Hohlkörpers 1, so daß zwischen beiden ein ringförmiger Zwischenraum 3 bleibt. Das Rohrelement 2 ist an seinem einen Ende an einem mit Gewinde versehenen ringförmigen Ansatz 4 festgelegt, der in das mit Gewinde versehene Ende 1a des Körpers 1 eingeschraubt ist. Das Rohrelement wird im übrigen durch eine transversale Trennwand 5 in ein Reservoir 6 mit einer verdampfbaren Flüssigkeit und eine Kühlkammer 7 unterteilt. Letztere ist zum einen über in der Trennwand 5 vorgesehene Injektordüsen 8 für den Durchtritt der aus dem Reservoir stammenden verdampfbaren Flüssigkeit mit dem Reservoir und zum anderen über in der Wand der Kühlkammer vorgesehene radiale Düsen 9 für den Durchtritt der von der Verbrennung des Treibmittels herstammenden Gase mit dem ringförmigen Zwischenraum 3 verbunden.

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Innerhalb des ringförmigen Zwischenraums 3 sind Hohlhalme 10 aus einem zweibasischem festen Treibmittel untergebracht, die auf einem Ringfuß 11 aus Kunststoff montiert sind. Das freie Ende 1b des Körpers 1 wird durch einen Stopfen 12 verschlossen, der einen ringförmigen Zünder 13 und ein elektrisches Zündsystem 14 trägt. Das "zuströmseitige" (d.h. dem abströmseitigen entgegengesetzte) Ende des Reservoirs 6 das einen gewissen Abstand vom Stopfen 12 hält, ist durch einen Kolben 15 verschlossen, der im Reservoir von der Zuströmseite zur Abströmseite verschiebbar ist, zum Herausdrängen der Flüssigkeit aus dem Reservoir in die Kühlkammer 7 unter der Wirkung der von der Verbrennung des Treibmittels in der durch den ringförmigen Zwischenraum 3 gebildeten Verbrennungskammer herstammenden Gase.

Bei Betrieb zündet man den Zünder 13, der das Treibmittel 10 entzündet; das von der Verbrennung des Treibmittels herstammende Gas wird in einem ersten Stadium durch Entspannung quer durch die Radialdüsen 9 beim Durchgang von der Verbrennungskammer 3 in die Kühlkammer 7 gekühlt und in einem zweiten Stadium durch Verdampfung der vom Reservoir 6 herkommenden Flüssigkeit, die unter der Wirkung des im zuströmseitigen Ende der Verbrennungskammer herrschenden Verbrennungsgasdrucks durch den Kolben 15 über die Injektordüsen 8 in die Kühlkammer 7 getrieben wird.

Das so auf eine gemäßigte Temperatur abgekühlte Gas entweicht aus der Kühlkammer durch die Bohrung 4a des Ansatzes 4 und wird am Ausgang des Generators benutzt.

Mit einem erfindungsgemäßen Generator von 0,6 1 Volumen mit 75 g in Form hohler Halme extrudierten zweibasischen

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Pulvers als Treibmittel mit einer Energieabgabe von 1000 Kalorien pro Gramm und folgender Zusammensetzungs

Nitroglycerin 37 Gewichtsteile

Nitrocellulose 56 G-ewichtsteile

Stabilisator 2 Gevvichtsteile

ballistischer Katalysator 1 Gewichtsteil

diverse Pigmente 4 G-ewichtsteile

und 120 g V/asser als verdampf bare Flüssigkeit erhält man am Ausgang des Generators 180 1 Gas mit einem Druck von 1,3 bar und einer Temperatur von 70 bis 100⁰O innerhalb von 20 Millisekunden.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Variante ist die verdampfbare Flüssigkeit zur Vereinfachung der Beladungsoperationen in einem dichten Beutel 16 aus leicht zerreißbarem Plastikmaterial, wie beispielsweise Polyäthylen abgepackt. Ggf. können dabei Zonen geringerer Mantelstärke beim Beutel oder Spitzkeile 17 an der Trennwand 5 zur Erleichterung der Zerstörung bzw. öffnung der Hülle vorgesehen sein.

Im übrigen verwendet man zur Erzielung einer besseren Durchwirbelung in der Kühlkammer 7 konvergierende Injektoren 8' und sternförmige Strahlbrecher 18.

Außerdem wird das Treibmittel im vorliegendem Fall durch eine lamellare oder sehichtförmige Ladung 10' gebildet, die direkt auf einem Stützansatz oder -zapfen 19 ruht.

Weiter ist ein Diffusor 20 zur Herausführung der gefühlten Gase aus der Kühlkammer 7 am Ausgang der Bohrung 4a montiert.

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Gemäß der in Fig. 3 gezeigten Variante umfaßt der erfindungsgemäße Gasgenerator im wesentlichen einen einstückigen Hohlkörper 21 von allgemein zylindrischer Form, der an seinem abströmseitigen Ende durch einen leicht gewölbten. Boden 22- verschlossen ist, der zusammen mit dem Zylinderkörper aus einem Stück besteht und mit Verteilerschlitzen 23 versehen ist, während das zuströmseitige Ende dieses Zylinderkörpers durch einen angefügten Boden 24 verschlossen wird. Die Verteilersehlitze 23 sind, wie Fig. 4 zeigt, parallel zueinander, aber sie können selbstverständlich auch jede andere gewünschte Konfiguration haben wie beispielsweise gegeneinanderlaufen (concourantes) oder konvergieren oder divergieren.

Im Innern des Hohlkörpers und koaxial zu diesem ist ein Reservoir 25 mit verdampfbarer Flüssigkeit montiert, das durch einen zylindrischen Stutzen 25a gebildet wird, dessen Außendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des Hohlkörpers und der zum einen an seinem zuströmseitigen Ende durch einen Kolben 26 und zum anderen an seinem abströmseitigen Ende durch eine kreisförmige Platte 21 verschlossen ist, die über den Stutzen mit einem Kreisring 28 übergreift und mit einem ringförmigen Kragen 29 versehen ist, der gegen eine Innenschulter 30 des Hohlkörpers 21 zum Anschlag kommt.

Der zwischen dem Stutzen 25a und dem Körper 21 bestehende ringförmige Zwischenraum bildet die Verbrennungskammer 31 mit festem Treibmittel 32, dessen Zündung durch Tabletten 33 realisiert wird, die in Aushöhlungen 34 im angefügten Boden untergebracht sind und sich beidseits des Stutzens 25a erstrecken; diese Tabletten werden durch ein bei 35 schematisch angedeutetes elektrisches Zündsystem gezündet. Diese Zünd-

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tabletten unterbrechen vorübergehend die Verbindung zwischen der Verbrennungskammer 31 und dem Kolben 26, jedoch wird diese Verbindung mit der Verbrennung dieser Tabletten, die beispielsweise durch ein ZirkoniUEipulver gebildet werden, wiederhergestellte ■

Im übrigen ist das abströmseitige Ende der Verbrennungskammer mit der Kühlkammer 36 zwischen der Diffusor-Stirnwand 22 und der kreisförmigen Platte 27 mit ihrem vorstehendem Ring 28 (und dem -Kragen 29) über längs stehende Düsen 27 in der Ringplatte bzw. dem Kragen 29 in Verbindung, während der Innenraum des Reservoirs 25 mit dieser Kühlkammer über * seitlich stehende Injektoren 38 in Verbindung gesetzt wird, die leicht oberhalb des Kragens 29 in die Kammer einmünden.

Bei Betrieb zündet man die Zündtabletten 33, die wiederum das Treibmittel 32 entzünden. Die von der Verbrennung des Treibmittels herstammenden Gase werden zum einen durch Entspannung ■quer durch die Düsen 37 und zum anderen durch Mischen mit der verdampfbaren Flüssigkeit (und Verdampfung derselben) gekühlt, die durch den Kolben 26 über die Injektoren 38 aus dem Reservoir 25 in die Kühlkammer 36 unter der Wirkung des Drucks der Verbrennungsgase getrieben wird, der auf der Zuströmseite der Verbrennungskammer und des Kolbens 26 nach Verbrennung der Zündtabletten 33 herrscht.

Die so auf eine gemäßigte Temperatur heruntergekühlten Gase entweichen aus der Kühlkammer 36 durch die Verteilerschlitze 23 und werden am Ausgang dieses Generators benutzt.

Mit 20 g zweibasischem Treibmittel und 25 g verdampfbarer Flüssigkeit (Wasser + Calciumchlorid) erhält man bei-

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spielsweise am Ausgang des Generators 60 1 Gas von einer Temperatur von 95°C + 5⁰O ι
halb von 14 Millisekunden.

Temperatur von 95⁰C + 5⁰O unter einem Druck von 1 bar inner-

Gemäß der in Figo 5 gezeigten Ausführungsart umfaßt der erfindungsgemäße Gasgenerator im wesentlichen einen zylindrischen Rohrkörper 1 aus druckfestem Material, in dem ein zylindrisches Reservoir 39 mit sphärischem Boden koaxial montiert ist, das aus einem deformierbarem Material wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung besteht und dessen Aussendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des Rohrkörpers, so daß beide zusammen eine ringförmige Verbrennungskammer 3 mit festem Treibmittel 10 begrenzen. Dieses Reservoir ist mit seinem freien Ende auf einen Ansatz 40 aufgesteckt und mit diesem verklebt, der selbst wiederum mit einer Iviontagemutter 4 fest verbunden ist, die in das mit Innengewinde versehene Ende 1a des Körpers -1 eingeschraubt ist. Dieses Reservoir wird durch eine Trennwand 5 von einer Kühlkammer 7 getrennt, die in den Ansatz eingearbeitet ist. Diese Kühlkammer ist zum einen mit dem Flüssigkeitsreservoir über in der T-rennwand 5 vorgesehene Injektordüsen 8 für den Durchtritt der vom Reservoir herkommenden verdampfbaren Flüssigkeit und zum anderen mit der Verbrennungskammer 3 über in der Wand der Kühlkammer vorgesehene radiale Düsen 9 für den Durchtritt der von der Verbrennung des Treibmittels herstammenden Gase in Verbindung.

Das freie Ende 1b des Körpers 1 wird durch einen Stopfen 12 verschlossen, der einen ringförmigen Zünder 13 trägt und ein elektrisches Zündsystem 14·

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Bei Betrieb zündet man den Zünder 13, der wiederum das Treibmittel 10 entzündet; die "von der Verbrennung des Treibmittels herstammenden Verbrennungsgase werden im ersten Stadium durch Entspannung quer durch die radialen Düsen 9 bei ihrem Übergang von der Verbrennungskammer in die Kühlkammer und in einem zweiten Stadium durch Mischung mit der aus dem Reservoir 39 ausgetriebenen Flüssigkeit und deren Verdampfung gekühlt; der Übergang der Flüssigkeit aus dem Reservoir 39 in die Kühlkammer 7 erfolgt über die Injektordüsen 8 durch Deformation des Reservoirs 39 unter der Wirkung des Druckes der von der Verbrennung des festen Treibmittels in der Verbrennungskammer 3 herstammenden Gase.

Die so auf eine gemäßigte Temperatur abgekühlten Gase entweichen aus der Kühlkammer durch einen in der Bohrung 4a der Mutter 4 montierten Diffusor 41 "und werden am Ausgang dieses Diffusors benutzt»

Mit einem Generator von 0,6 1 Volumen mit 75 g in Halmform extrudierten zweibasischen Pulver als Treibmittel mit folgender Zusammensetzung;

Nitroglycerin 37 Gewichtsteile

Nitrocellulose 56 Gewichtsteile

Stabilisator 2 Gewichtsteile

ballistischer Katalysator 1 Gewichtsteil

diverse Pigmente 4 Gewichtsteile

und 120 g Wasser als verdampfbarer Flüssigkeit erhält man in Höhe des Diffusors 180 1 Gas mit einem Druck von 1,3 bar und einer Temperatur von TOO⁰O innerhalb von 20 Millisekunden.

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Bei dieser Ausführungsart führt der Austritt der Gase durch die Düsen 9 im Zeitpunkt der Verbrennung des Treibmittels zu einem Druckgradienten zwischen den beiden Enden der Verbrennungskammer von etwa 10 bar, wobei der höhere· Druck auf der Zuströmseite der Verbrennungskammer herrscht. Ein solcher Druckgradient ist von besonderen Interesse, da er eine stärkere Deformation des zuströmseitigen !Teils des Reservoirs bewirkt, die den Ausstoß der Flüssigkeit begünstigt«

Gemäß der in Pig. 6 gezeigten Ausführungsart wird der erfindungsgemäße Gasgenerator durch zwei kreisförmige Halbschalen 42a und 42b aus druckfestem Material gebildet, die beispielsweise durch Schweißverbindung zusammengefügt sind und zwischeneinander eine deformierbare Membran 45 festhalten, die beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder aus Kupfer besteht, gewellt ist und den Innenraum der Halbschalen in zwei Kammern unterteilt, von denen die eine, 44,· das die verdampfbare Flüssigkeit enthaltende Reservoir, und die andere, 45» die Verbrennungskammer mit dem festem Treibmittel 46 mit einem Zündsystem (in der Zeichnung nicht zu sehen) bildet. Die Verbrennungskammer und das Flüssigkeitsreservoir stehen getrennt mit einer ringförmigen Kühlkammer 47 über Auslaßdüsen 48 bzw. 49 in Verbindung. Diese Kühlkammer steht im übrigen über Düsen oder öffnungen 50 mit einem ringförmigen Diffusor 51 in Verbindung, der Verteileröffnungen 52 aufweist. Die Kühlkammer und der Diffusor sind so seitlich an die Schalen angefügt.

Bei Betrieb zündet man den Zünder, der wiederum das Treibmittel 46 entzündet. Die in der Verbrennungskammer 45 freigesetzten Verbrennungsgase deformieren die Membran 45

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und treiben die in der Kammer 44 enthaltene Flüssigkeit über die Düsen 49 in. die Kühlkammer 47. Die Verbrennungsgaae werden beim Durchtritt durch die Düsen 48 in die Kammer hinein entspannt und mischen sich in letzterer mit der hineingetriebenen Flüssigkeit und werden durch die Verdampfung der Flüssigkeit gekühlt. Die gekühlten Gase entweichen aus der Kühlkammer über den Diffusor 51 und werden an dessen Ausgang benutzt.

Gemäß der in Fig. 7 gezeigten Variante ist der Gasgenerator von länglicher und nicht kreisförmiger Kokillenform und die Gesamtheit von Kühlkammer und Diffusor ist zu einer einzigen Kammer 53 zusammengezogen, die lediglich an einer Seite der Schalen angeordnet und mit Auslaßöffnungen 52 versehen ist. Als Treibmittel wird eine lamellenförmige Ladung verwendet.

Gemäß der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsart umfaßt die Vorrichtung zum Austreiben einer Flüssigkeit aus einem Reservoir zwei kreisförmige Halbschalen 42a und 42b aus einem druckfestem Material, die durch Bolzen 54 zusammengefügt sind und zwischeneinander eine gewellte deformierbare Membran 43 beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung ggf. unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes einspannen; diese Membran unterteilt so den Innenraum der Schalen in zwei Kammern, von denen die eine, 44, das die auszutreibende Flüssigkeit enthaltende Reservoir und die-andere, 45, die das feste ■Treibmittel mit seinem Zündsystem (in der Zeichnung nicht gezeigt) enthaltende Verbrennungskammer bildet.

Durch diese Membran können mögliche Reaktionen zwischen den Verbrennungsgasen des Treibmittels und der auszutreiben-

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den Flüssigkeit vermieden und die Schleierbildung der Flüssigkeit begrenzt werden.

Der Treibnittelblock 46 ist für die Entwicklung von deutlich mehr Gas berechnet als zur Druckentwicklung im Gehäuse notwendig ist, und die überschüssigen Gase werden durch eine Düse 55 herausgeführt. Diese Vorrichtung ermöglicht die Aufrechterhaltüng eines etwa konstanten Druckes zum Austreiben der Flüssigkeit ο Wenn nämlich die durch das Treibmittel entwickelten Gase im großen Überschuß vorhanden sind, beeinflußt das Abzapfen bzw. Ausstoßen der Flüssigkeit den Druck in der Kammer nur wenig.

Ggf. ist es mit Hilfe eines Treibmittelblocks mit angemessener Geometrie möglich, einen in Abhängigkeit von der Zeit zunehmenden oder abnehmenden Austreibungsdruck zu erreichen.

Die Auslaßöffnung 56 für die Flüssigkeit und die Gasauslaßdüse 55 können mit einem Deckel versehen sein, der unter der Wirkung des Drucks aufreißt, wodurch die Lagerung der gesamten Anordnung ermöglicht wird.

Im übrigen kann der Zünder bei den in Fig. 6 bis 8 gezeigten Ausführungsformen entweder am Treibmittelblock 46 oder an der deformierbaren Membran 43 angefügt und mit einem äußeren Zündsystem über JDrähte verbunden sein, die entweder durch eine abgedichtete Öffnu^~~4n_de^_Schale oder eine Gasauslaßdüse hindurchgehen. ^ ..~ ~—--■

Ggf. kann die Flüssigkeit zweckmäßig in einer dichten Hülle aus Plastikmaterial, wie beispielsweise Polyäthylen, abgepackt und vor dem Einsetzen der deformierbaren luembran in das Reservoir gebracht werden.

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Claims

- 19 Patentanspräche

M.) Vorrichtung zum raschen Ausstoßen einer Flüssigkeit aus einem Reservoir durch Abbrennen einer Treibladung und ggf. Mischen von Flüssigkeit und Verbrennungsgas, gekennzeichnet durch eine mit einem festen Treibmittel (10) und Zündvorrichtung (13,14) versehene Verbrennungskammer (3), die gegenüber dem Reservoir (6) eine im Hinblick auf eine zum momentanen Austreiben der Flüssigkeit ausreichende Volumenverminderung des Reservoirs unter der Druckwirkung der von der Treibmittelverbrennung herstammenden Gase zumindest teilweise deformierbare oder bewegliche Trennwand (15) aufweist \ und durch abgeglichene bzw. kalibrierte Öffnungen (8), die aus dem Flüssigkeitsreservoir nach außen bzw. in einen Auslaßstutzen (7) führen, der ggf. mit weiteren, den Zugang von der Verbrennungskammer her gestattenden kalibrierten Öffnungen (9) versehen ist, die aber auch ohne weiteres getrennt nach außen führen können»
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Hohlkörper (1) aus druckfestem Material, der innen in zwei Kammern unterteilt ist, von denen die eine das Flüssigkeitsreservoir (6) und die andere die dieses umgebende oder überragende Verbrennungskammer (3) bildet,, die beide über unterschiedliche kalibrierte Öffnungen (8,9) mit dem als Kühlkammer (7) für das Verbrennungsgas unter Zumischung und Verdampfung der Flüssigkeit wirken^A-^tfetTslaß-s^tutzen verbunden
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine genau bzw» empfindlich zylindrische Gestaltung von Hohlkor-

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per (1) und Flüssigkeitsreservoir (6), das unter Ausbildung einer ringförmigen Verbrennungskammer (3) koaxial im Hohlkörper angeordnet ist.
4. Vorrichtung .nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsreservoir (6) durch ein genau zylindrisches Element (2) aus steifem Material von geringerem Durchmesser als der Hohlkörper (1) gebildet wird,, das zuströmseitig über einen zur Abströmseite hin in das Reservoir hineintreibbaren" Kolben (15) mit der Zuströmseite der Verbrennungskammer (3)

P in Verbindung steht, während abströmseitig Verbrennungskammer und Reservoir getrennt über unterschiedliche kalibrierte Öffnungen (8,9) mit der Kühlkammer (7) verbunden sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkammer (7) in der Verlängerung des Flüssigkeitsreservoirs (6) vorgesehen und von diesem durch eine transversale Trennwand (5) mit kalibrierten Öffnungen oder Injektionsdüsen (8) getrennt ist und zumindest teilweise vom abströmseitigen Ende der Verbrennungskammer (3) umgeben wird, mit welcher sie über radiale Öffnungen oder Düsen (9) in der Kühlkammerwand in Verbindung steht„
6₀ Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionsdüsen (8¹) konvergierend angeordnet und/oder mit einem Strahlbrecher (1ö) versehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich-■ net, daß der zylindrische Hohlkörper (21) mit einer mit Verteilerschlitzen (23) versehenen abströmseitigen Stirnwand (22) aus einem Stück besteht, am zuströmseitigen Ende durch einen angefügten Boden (24) verschlossen ist und mit dem

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koaxial montierten Flüssigkeitsreservoir (25) sowohl mantelseitig eine ringförmige Verbrennungskammer (31) begrenzt, die abströmseitig durch eine mit kalibrierten Öffnungen (37) versehene, gegenüber dem abströmseitigen Ende des !Flüssigkeitsreservoirs leicht zurückversetzte Ringplatte (29) abgeschlossen wird, als auch stirnseitig eine Kühlkammer (36) zwischen der mit Schlitzen versehenen Stirnwand (22) und dem abströmseitigen Abschluß (27) des Flüssigkeitsreservoirs, das über mantelseitige Öffnungen (38) mit der Kühlkammer in Verbindung steht, während die Verbrennungskammer (31) über die längs stehenden Öffnungen (37) der Ringplatte (29) mit der Kühlkammer verbunden ist.
8« Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsreservoir durch einen zylindrischen Stutzen (25a) gebildet wird, dessen Außendurchmesser geringer als der Innendurchmesser des Hohlkörpers (21) ist und der zum einen zuströmseitig durch einen Kolben (26) und zum anderen abströmseitig durch eine Stirnwand (27) abgeschlossen wird, die einen gewissen Abstand von der mit Schlitzen (23) versehenen Stirnwand (22) hält unter Bildung einer Kühlkammer, die mit der Verbrennungskammer (31) über die Öffnungen (37) der Ringplatte (29) und mit dem Flüssigkeitsreservoir über seitliche Öffnungen (38) in dem die Ringplatte überragenden Teil des Stutzens (25a) verbunden ist und daß die Verbindung zwischen dem zuströmseitigen Ende der Verbrennungskammer (31) und dem Kolben (26). durch zumindest eine Aushöhlung (34) im Boden (24) sichergestellt wird, die sich beidseits des Stutzens (25a) erstreckt und zunächst durch die Zündladung (33) eingenommen wird.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsreservoir (39) mit im Vergleich zum Innendurchmesser des Hohlkörpers (1) geringerem Außendurchmesser aus nachgiebigem oder deformierbarem Material besteht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsreservoir (39) durch einen einseitig offenen Beutel oder Behälter gebildet wird, der auf den TJmfang der Trennwand (5) aufgezogen und/oder aufgeklebt ist.
11 ο Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel durch auf einen Ringfuß (11) montierte hohle Halme (10) aus zweibasischem Schießpulver oder Pulver in Form von "Wellpappe" oder lamellenförmige Sprengladungen oder jede andere Ladung mit geringer Brenndauer gebildet wird, deren spezifischer Durchsatz unter 1500 bis 2000 g/s/cm² liegt und deren Eigenschaften wenig von der anfänglichen Zündtemperatur abhängen.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung einen ringförmigen Zünder aufweist.
13« Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei Halbschalen (42a, 42b) aus druckfestem Material, die zusammengefügt zwischen einander eine ggf. gewellte Trennmembran (43) aus deformierbarem Material einspannen, die das Innere der Schalen in zwei Kammern! das Flüssigkeitsreservoir (44) und die Verbrennungskammer (45) unterteilt, die getrennt kalibrierte Öffnungen (55,56 bzw. 48,49) für den Auslaß von Verbrennungsgasen und Flüssigkeit aufweisen, die insbesondere

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zu einer seitlieh an den Halbschalen an einem Teil oder über den gesamten Umfang angebrachten Kühlkammer (47) führen, an die sich ggf. ein Diffusor (51) anschließt.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3,9 und 13, dadurch gekennzeiehnet, daß die Flüssigkeit eine unter Abkühlung der Verbrennungsgase verdampfbare Flüssigkeit ist und insbesondere durch V/asser, Mischungen von Wasser mit einem niederen Alkanol oder Diol, wie Methanol-Wasser- oder Glykol-Wasser-Mischungen oder durch eine wässrige Calciumchlorxdlösung gebildet wird.
15. Torrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampfbare Flüssigkeit in einer dichten Hülle (16) aus leicht zerreißbarem. Kunststoff, die ggf. Zonen geringerer Stärke aufweist, abgepackt im Reservoir (6) verwendet wird, das ggf. an der Innenwand vorstehende Spitzen (17) zur Erleichterung des Aufreißvorganges hat.

16o Verwendung der Vorrichtung zum raschen Ausstoßen verdampf bar er Flüssigkeit aus einem Reservoir durch Abbrennen einer Treibladung und Mischen der Flüssigkeit mit den Verbrennungsgas en als Gasgenerator zum raschen Aufblasen aufblasbarer Gegenstände, insbesondere von Sicherheitskissen für Kraftfahrzeuge.

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