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DE3937032A1 - Pyrotechnical gas generator with linked apertured chambers - ensuring final discharge pressure below peak formation pressure - Google Patents

Pyrotechnical gas generator with linked apertured chambers - ensuring final discharge pressure below peak formation pressure

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DE3937032A1
DE3937032A1 DE19893937032 DE3937032A DE3937032A1 DE 3937032 A1 DE3937032 A1 DE 3937032A1 DE 19893937032 DE19893937032 DE 19893937032 DE 3937032 A DE3937032 A DE 3937032A DE 3937032 A1 DE3937032 A1 DE 3937032A1
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pressure
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housing
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Dynamit Nobel AG
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Abstract

A capsule (1) from which propellant, after ignition by an igniter (8) expels high-pressure gas for functional operation, holds the powder charge in a high-pressure housing (4), with expelled gases discharged via apertures (3). To reduce the initial high evolation pressure of the propellant gases, the high-pressure housing (4) is mounted in at least one further intermediate pressure housing (5) with exit apertures (6) whose total area exceeds that of the apertures (3) from the high-pressure housing, e.g. by a factor up to 50:1, pref. 20:1. Moving gases may follow a labyrinthise path, broadening out in cascade fashion. The external vol. (2) wherein the working action, e.g. operation of a piston, takes place is increased by at least 50%. ADVANTAGE - Smoothing of peak pressures converts an impact action towards a pushing action, of more reliable performance.

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Gasgenerator, eine mit einer druckgaserzeugenden Ladung gefüllte Kapsel, eine Zünd­ einrichtung und ein Druckgehäuse (Hochdruckgehäuse) mit Gas­ austrittsöffnungen aufweisend, sowie auf die Verwendung des Gas­ generators in einem pyrotechnischen Kraftelement.The invention is directed to a gas generator, one with a capsule filled with compressed gas, a detonator device and a pressure housing (high pressure housing) with gas having outlet openings, and on the use of the gas generator in a pyrotechnic force element.

Pyrotechnische Gasgeneratoren sind die Energiequelle bei pyro­ technischen Kraftelementen. Bei der DE 84 33 042 U1 wird bei der Zündung eines pyrotechnischen Gasgenerators ein Leistungs­ schalter betätigt, bei der DE 86 21 257 U1 oder bei der DE 36 29 300 A1 ein Rückstrammer eines Sicherheitsgurtes. Die vom Gasgenerator bei der Zündung freigesetzte Gasmenge wird normalerweise an einen den Gasgenerator umfassenden Raum abgegeben, der im folgenden als Arbeitsvolumen bezeichnet wird, und der dabei gewöhnlich sein Volumen bei der Gasfreisetzung ändert, beispielsweise eine bewegliche Wand (Kolben) aufweist.Pyrotechnic gas generators are the energy source at pyro technical force elements. In DE 84 33 042 U1 the Ignition of a pyrotechnic gas generator a performance switch operated, in DE 86 21 257 U1 or in DE 36 29 300 A1 a back tensioner of a seat belt. The amount of gas released by the gas generator during ignition usually to a room surrounding the gas generator submitted, which is referred to below as the work volume, and usually its volume when gas is released changes, for example has a movable wall (piston).

Der zeitliche Verlauf des Gasdruckes im Arbeitsvolumen nach Zündung des Gasgenerators weist als Besonderheit eine hohe, schmale Spitze unmittelbar nach der Zündung auf; aber schon 10 ms später kann der Druck auf einen Bruchteil des Spitzen­ wertes abgefallen sein. Dementsprechend wirkt auf die bewegliche Wand im Arbeitsvolumen ein unter Umständen sehr starker, aber nur sehr kurzer Kraftstoß. Mit einem niedrigeren, aber dafür längeren Impuls würde die gleiche Wirkung erzielbar sein, das Kraftelement müßte aber hinsichtlich seiner Festigkeit nicht auf die hohe Spitzenbelastung hin ausgelegt sein.The time course of the gas pressure in the working volume after The ignition of the gas generator has a special feature: narrow tip immediately after ignition; but nice 10 ms later, the pressure can drop to a fraction of the peak worth dropping. Accordingly, it affects the movable Wall in the work volume may be very strong, however only a very short burst of power. With a lower one, but for that longer impulse the same effect would be achievable that Force element would not have to with regard to its strength the high peak load must be designed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasgenerator zu entwickeln, mit dem in Verbindung mit einem Kraftelement mechanische Arbeit geleistet werden kann, ohne daß zu hohe mechanische Belastungen im Arbeitsvolumen auftreten. The invention has for its object to a gas generator develop with that in conjunction with a force element mechanical work can be done without being too high mechanical loads occur in the work volume.  

Die Aufgabe wird von einem Gasgenerator gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß um die Gasaustrittsöffnungen aus dem Druckgehäuse (Hochdruckgehäuse) wenigstens ein weiteres Gehäuse (Mitteldruckgehäuse) mit Gasaustrittsöffnungen angebracht ist.The task is solved by a gas generator is characterized in that around the gas outlet openings from the Pressure housing (high pressure housing) at least one further housing (Medium pressure housing) with gas outlet openings is attached.

Ein solcher Gasgenerator ist besonders geeignet für ein pyro­ technisches Kraftelement, bei dem die bewegliche Wand, üblicher­ weise ein druckgasgetriebener Kolben, eine schiebende Wirkung erzeugen soll.Such a gas generator is particularly suitable for a pyro technical force element, in which the movable wall, more common wise a compressed gas driven piston, a pushing effect should generate.

Bevorzugt ist das (aus mehreren Kammern gebildete) Mitteldruck­ gehäuse so ausgebildet, daß sich für ein aus den Öffnungen des Hochdruckgehäuses strömendes Gas die Strömungsrichtung wieder­ holt ändert ("labyrinthartig") und die Volumina der Kammern und die Querschnitte der sie verbindenden Durchtrittsöffnungen zu­ nehmen ("sich kaskadenartig erweitern").The medium pressure (formed from several chambers) is preferred Housing designed so that one from the openings of the High pressure housing flowing gas again the direction of flow gets changes ("labyrinthine") and the volumes of the chambers and the cross sections of the passage openings connecting them take ("expand cascading").

Der Druckzeitverlauf im Arbeitsvolumen hängt von vielen Para­ metern ab, wie Treibladungspulvermenge und Art der Verdämmung, der Umsetzungsgeschwindigkeit und dem Gasdruck (Abbrandver­ halten) und dementsprechend ist auch die Wirkung des Labyrinths in dem Mitteldruckraum durch zahlreiche Parameter beeinflußbar, insbesondere durch die Wärmeabgabe des Gases an den Wänden, das Volumen des Mitteldruckraumes bzw. der verschiedenen, den Mitteldruckraum bildenden Kammern, Art der Drosselstellen, insbesondere die Eintrittsöffnung in dem Mitteldruckraum (identisch mit der Austrittsöffnung aus dem Hochdruckraum) und die Austrittsöffnungen aus dem Mitteldruckraum in das Arbeits­ volumen.The pressure time curve in the work volume depends on many para meters, such as the amount of propellant powder and the type of insulation, the conversion rate and the gas pressure (burn-off ver hold) and accordingly is the effect of the labyrinth can be influenced by numerous parameters in the medium pressure chamber, in particular by the heat given off by the gas on the walls Volume of the medium pressure space or the various Chambers forming the medium pressure chamber, type of throttling points, in particular the inlet opening in the medium pressure chamber (identical to the outlet opening from the high pressure chamber) and the outlet openings from the medium pressure chamber into the work volume.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung tritt die Druckspitze im Arbeitsvolumen später auf; der maximale Wert ist erheblich kleiner; der Druckabfall ist gedehnt; es steht länger ein höherer Druck zur Verfügung. Daß auch bei dem erfindungsgemäßen Gasgenerator am Anfang immer noch eine Druckspitze auftritt, ist bei einem pyrotechnischen Kraftelement durchaus erwünscht, um die Bewegung eines Wandbereiches (Kolbens) einzuleiten; die weniger stark abfallende Kraft steht gegenüber konventionellen Gasgeneratoren aber für eine erheblich längere Zeitspanne zur Arbeitsleistung zur Verfügung.The pressure peak occurs in the device according to the invention Volume of work later on; the maximum value is significant smaller; the pressure drop is stretched; it stands longer higher pressure available. That also with the invention Gas generator is still experiencing a pressure spike at the beginning in the case of a pyrotechnic force element, in order to  initiate the movement of a wall area (piston); the less declining force is compared to conventional Gas generators but for a significantly longer period of time Work available.

Die Verwendung des Gasgenerators in einem pyrotechnischen Kraftelement ist besonders im militärischen Bereich bevorzugt.The use of the gas generator in a pyrotechnic Force element is particularly preferred in the military field.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden weiter beispielhaft beschrieben. Es zeigtThe invention is shown in the drawing and in the following further described by way of example. It shows

Fig. 1 Längsschnitt durch einen Gasgenerator mit einem Mitteldruckgehäuse um das Hochdruckgehäuse; FIG. 1 is a longitudinal section through a gas generator with a medium-pressure housing around the high pressure housing;

Fig. 2 Ansicht A-A nach Fig. 1; Fig. 2 view AA of FIG. 1;

Fig. 3 Längsschnitt durch einen Gasgenerator mit einem modifizierten Mitteldruckgehäuse. Fig. 3 longitudinal section through a gas generator with a modified medium pressure housing.

Bei der Zündung einer mit Treibladungspulver gefüllten Kapsel 1 erfolgt der Druckanstieg in einem Arbeitsvolumen 2 etwa um die Hälfte langsamer als bei den bekannten Gasgeneratoren, denn die aus der Öffnung 3 aus einem Hochdruckgehäuse 4 austretenden Gase werden zunächst in einem Mitteldruckgehäuse 5 teilweise entspannt, dabei umgelenkt und auch abgekühlt, ehe sie aus diesem Mitteldruckraum über Abströmöffnungen 6 in das eigentliche Arbeitsvolumen 2 eintreten. In diesem Beispiel ist das Hochdruckgehäuse 4 aus zwei Teilen zusammengesetzt: einem Bodenstück 7 mit einer Vertiefung, wo zentral ein Zündelement 8 angebracht ist, und einer dickwandigen Aufnahme 9 für die Kapsel 1 mit der druckgaserzeugenden Ladung. Die Kapsel 4 ist an sich bekannt; sie weist eine Anzündpille auf, die von einer gaserzeugenden Mischung umgeben ist. In der Wand der Kapsel ist eine Sollbruchstelle, durch die dann über die Öffnung 3 in der Aufnahme 9 des Hochdruckgehäuses 4 das Gas nach Erreichen eines Mindestdruckes austritt. Die Öffnung 3 des Hochdruckgehäuses 4 führt in ein Mitteldruckgehäuse 10, das mit dem Bodenstück 7 verbunden ist. Acht Austrittsöffnugen 6 aus dem Mitteldruck­ gehäuse 10 durchstoßen dabei das Bodenstück 7. Die heißen Gase werden im Mitteldruckgehäuse 5 zweimal um 90° umgelenkt und abgekühlt. Das Verhältnis der Flächen der Austrittsöffnung 3 am Hochdruckgehäuse 4 zu der Summe der acht Flächen am Mitteldruck­ gehäuse 5 ist 1 : 20. Die Volumina von Hochdruckgehäuse zu Mittel­ druckgehäuse verhalten sich wie 1 : 20. Im Gegensatz zum Arbeits­ volumen 2, wodurch eine Wandbewegung eine Arbeit geleistet werden soll, sind am Hochdruckgehäuse 4 und dem Mitteldruck­ gehäuse 5 keine beweglichen Teile und die beiden Räume sind verhältnismäßig klein, so daß sich die mit den unvermeidlichen Druckspitzen am Anfang verbundenen Werkstoffprobleme besser beherrschen lassen.When a capsule 1 filled with propellant powder is ignited, the pressure rise in a working volume 2 takes place about half as slowly as in the known gas generators, because the gases emerging from the opening 3 from a high-pressure housing 4 are first partially relaxed in a medium-pressure housing 5 , thereby being deflected and also cooled down before they enter the actual working volume 2 from this medium pressure space via outflow openings 6 . In this example, the high-pressure housing 4 is composed of two parts: a base piece 7 with a depression, where an ignition element 8 is centrally attached, and a thick-walled receptacle 9 for the capsule 1 with the compressed gas-generating charge. The capsule 4 is known per se; it has an ignition pill which is surrounded by a gas-generating mixture. In the wall of the capsule is a predetermined breaking point, through which the gas then exits via the opening 3 in the receptacle 9 of the high-pressure housing 4 after a minimum pressure has been reached. The opening 3 of the high-pressure housing 4 leads into a medium-pressure housing 10 , which is connected to the base piece 7 . Eight outlet openings 6 from the medium pressure housing 10 pierce the bottom piece 7 . The hot gases are deflected twice in the medium pressure housing 5 by 90 ° and cooled. The ratio of the areas of the outlet opening 3 on the high-pressure housing 4 to the sum of the eight surfaces on the medium-pressure housing 5 is 1: 20. The volumes of the high-pressure housing to medium-pressure housing behave as 1: 20. In contrast to the working volume 2 , which causes a wall movement Work to be done, the high-pressure housing 4 and the medium-pressure housing 5 are no moving parts and the two rooms are relatively small, so that the material problems associated with the inevitable pressure peaks at the beginning can be better controlled.

Der Druckabfall im Arbeitsvolumen 2 ist wesentlich durch die Ab­ kühlung der freigesetzten Treibgase bedingt. Weil das durch die Austrittsöffnungen 6 strömende Gasvolumen kälter und kleiner geworden ist, ist der nicht-adiabatische Druckabfall im Arbeits­ volumen 2 weniger ausgeprägt, und es steht für eine längere Zeit ein ausreichender Druck zur Verfügung.The pressure drop in the working volume 2 is essentially due to the cooling of the released propellant gases. Because the gas volume flowing through the outlet openings 6 has become colder and smaller, the non-adiabatic pressure drop in the working volume 2 is less pronounced and there is sufficient pressure available for a longer time.

Der in Fig. 1 dargestellte Gasgenerator wurde speziell entwickelt zum Ausfahren eines Spikes bei einem Hohlladungs­ flugkörper während seiner Flugphase. Bei der Bewegung des Spikes vergrößert sich das Arbeitsvolumen von ca. 500 auf 750 cm3. Der Gasgenerator selbst hat ein (Hochdruck-)Volumen von 0,5 cm3. Das Volumen des Mitteldruckraumes 5 liegt bei 10 cm3. Der maximale Druck steht etwa 20 ms nach der Zündung an. Würde man das Mitteldruckgehäuse 5 weglassen, so wäre bei gleicher Kapsel mit der gleichen Treibladungspulvermenge die Spitze etwa 6 oder 7 ms nach Zündung mehr als doppelt so hoch. Es hat sich aber gezeigt, daß dadurch das sichere Ausfahren des Spikes nicht immer gewährleistet ist. Auch mußte bei dem bisherigen Kraftelement aus Festigkeitsgründen die Mindestwandstärke höher angesetzt werden. Erst durch die Dehnung des Druckimpulses durch die stufenweise Erweiterung der Austrittsöffnungen und den labyrinthartigen Raum in dem Mitteldruckgehäuse wird erreicht, daß der Druck einige 100 ms lang auf den Spike schieben und drücken kann, und daß auch insbesondere in der Abbremsphase noch eine hinreichend große Kraft zur Verfügung steht.The gas generator shown in Fig. 1 was specially developed for extending a spike in a shaped charge missile during its flight phase. When the spike moves, the working volume increases from approx. 500 to 750 cm 3 . The gas generator itself has a (high pressure) volume of 0.5 cm 3 . The volume of the medium pressure chamber 5 is 10 cm 3 . The maximum pressure is around 20 ms after ignition. If one omitted the medium-pressure housing 5 , the tip would be more than twice as high about 6 or 7 ms after ignition with the same capsule with the same amount of propellant powder. However, it has been shown that the safe extension of the spike is not always guaranteed. Also, the minimum wall thickness had to be set higher in the previous force element for reasons of strength. It is only through the expansion of the pressure pulse due to the gradual expansion of the outlet openings and the labyrinthine space in the medium-pressure housing that the pressure can push and push on the spike for a few 100 ms, and that even in the braking phase, a sufficiently large force is still available Available.

In Fig. 2, der Ansicht A-A gemäß Fig. 1, sieht man acht in das Bodenstück 7 eingebrachte Austrittsöffnungen 6. Eine Öffnung 6 hat einen Durchmesser von 5 mm, solche Querschnittsverengungen und die Umlenkung bzw. Verwirbelung der Gasströmung in dem Mitteldruckgehäuse bewirken mit das gewünschte Druckzeit­ verhalten. FIG. 2, view AA according to FIG. 1, shows eight outlet openings 6 made in the base piece 7 . An opening 6 has a diameter of 5 mm, such cross-sectional constrictions and the deflection or swirling of the gas flow in the medium-pressure housing cause the desired pressure time to behave.

Eine noch bessere Glättung der ursprünglichen Druckspitze läßt sich durch einen weiteren Ausbau des Labyrinthes in dem Mittel­ druckgehäuse zwischen Gaserzeuger und dem Arbeitsvolumen erreichen. Gemäß Fig. 3 ist im Vergleich zu Fig. 1 der ursprüngliche Mitteldruckraum etwas verkleinert, und dafür noch ein weiterer Raum 11 mit Blenden 12 zum Hochdruckgehäuse 4 hin dazwischen geschaltet, (vorzugsweise nehmen die Volumina der verschiedenen Räume sowie die Drosselflächen stufenweise zu). Bei dem "zweiteiligen" Mitteldruckgehäuse mit den hintereinander geschalteten Räumen 11 und 5′ gemäß Fig. 3 ist die Vibrations­ und Schockfestigkeit noch beser als bei dem Generator nach den Fig. 1 und 2.An even better smoothing of the original pressure peak can be achieved by further expanding the labyrinth in the medium pressure housing between the gas generator and the working volume. According to FIG. 3, compared to FIG. 1, the original medium-pressure space is somewhat reduced, and yet another space 11 with panels 12 to the high-pressure housing 4 is connected in between (preferably the volumes of the different spaces and the throttle areas increase gradually). In the "two-part" medium pressure housing with the series-connected rooms 11 and 5 'according to FIG. 3, the vibration and shock resistance is even better than in the generator according to FIGS . 1 and 2.

Als druckgaserzeugende Ladung kann in bekannter Weise anstelle von Treibladungspulver z. B. auch eine pyrotechnische Mischung oder ein Festtreibstoffsatz verwendet werden.As a pressurized gas-generating charge can instead take place in a known manner of propellant powder e.g. B. also a pyrotechnic mixture or a solid fuel kit can be used.

Claims (7)

1. Gasgenerator, eine mit einer druckgaserzeugenden Ladung ge­ füllte Kapsel (1), eine Zündeinrichtung (8) und ein Druck­ gehäuse (Hochdruckgehäuse (4)) mit Gasaustrittsöffnungen (3) aufweisend, dadurch gekennzeichnet, daß um die Gasaustritts­ öffnungen (3) aus dem Druckgehäuse (Hochdruckgehäuse (4)) wenigstens ein weiteres Gehäuse (Mitteldruckgehäuse (5)) mit Gasaustrittsöffnungen (6) angebracht ist. That openings 1. Gas generator, a ge with a compressed-gas-generating charge filled capsule (1), an ignition device (8) and a pressure housing (high pressure housing (4)) with gas outlet openings (3) comprising, characterized in that the gas outlet (3) at least one further housing (medium pressure housing ( 5 )) with gas outlet openings ( 6 ) is attached to the pressure housing (high pressure housing ( 4 )). 2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitteldruckgehäuse (5) für ein aus den Öffnungen (3) des Hochdruckgehäuses (4) zu den Gasaustrittsöffnungen (6) des Mitteldruckgehäuses (5) strömendes Gas labyrinthartig mit kaskadenartiger Erweiterung ausgebildet ist.2. Gas generator according to claim 1, characterized in that the medium pressure housing ( 5 ) for a from the openings ( 3 ) of the high pressure housing ( 4 ) to the gas outlet openings ( 6 ) of the medium pressure housing ( 5 ) flowing gas is labyrinthine with a cascade-like extension. 3. Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Flächen der Gasaustrittsöffnungen (3) des Hochdruckgehäuses (4) zu den Flächen der Gasaustritts­ öffnungen (6) des Mitteldruckgehäuses (5) 1 : 2 bis 1 : 50, bevorzugt 1 : 20, beträgt.3. Gas generator according to claim 1 or 2, characterized in that the ratio of the areas of the gas outlet openings ( 3 ) of the high pressure housing ( 4 ) to the surfaces of the gas outlet openings ( 6 ) of the medium pressure housing ( 5 ) 1: 2 to 1:50, preferably 1:20. 4. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Volumens des Hochdruckgehäuses (4) zu dem Volumen des Mitteldruck­ gehäuses (5) 1 : 2 bis 1 : 50, bevorzugt 1 : 20, beträgt.4. Gas generator according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the ratio of the volume of the high pressure housing ( 4 ) to the volume of the medium pressure housing ( 5 ) is 1: 2 to 1:50, preferably 1:20. 5. Verwendung des Gasgenerators nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem pyrotechnischen Kraftelement, bei dem sich durch wenigstens eine bewegliche Wand, vorzugsweise einen druck­ gasgetriebenen Kolben, das Arbeitsvolumen (2) bei der Gas­ freisetzung vergrößert.5. Use of the gas generator according to one of claims 1 to 4 in a pyrotechnic force element, in which the working volume ( 2 ) increases in the gas release by at least one movable wall, preferably a pressure gas-driven piston. 6. Verwendung des Gasgenerators nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem pyrotechnischen Kraftelement, bei dem sich das Arbeitsvolumen (2) bei der Gasfreisetzung um mindestens 50% vergrößert. 6. Use of the gas generator according to one of claims 1 to 4 in a pyrotechnic force element, in which the working volume ( 2 ) increases by at least 50% in the gas release. 7. Verwendung des Gasgenerators nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einem pyrotechnischen Kraftelement, bei dem das Verhältnis der Volumina des Mitteldruckgehäuses zum Arbeitsvolumen 1 : 2 bis 1 : 50, vorzugsweise 1 : 30, beträgt.7. Use of the gas generator according to one of claims 1 to 4 in a pyrotechnic force element, in which the Ratio of the volumes of the medium pressure housing to Working volume is 1: 2 to 1:50, preferably 1:30.
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