ES2236408T3 - Generador de gas hibrido. - Google Patents
Generador de gas hibrido.Info
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Abstract
Generador de gas híbrido con una cámara (10) con un fluido que se encuentra bajo presión, cerrada por una membrana (22) destructible, una carga propelente (12) pirotécnica, que al encenderse destruye la membrana (22), y una pared de tobera prevista entre la carga propelente (12) y la membrana (22), con al menos un orificio de paso (40; 40¿), por el que los productos de combustión generados al encenderse la carga propelente (12) fluyen en dirección a la membrana (22), caracterizado porque el orificio de paso (40; 40¿) tiene una forma tal y está dirigido hacia la membrana (22) de tal forma que al destruirse la membrana (22) se producen exclusivamente fragmentos (46; 52) que se mantienen unidos al borde (24) de la membrana (22).
Description
Generador de gas híbrido.
La invención se refiere a un generador de gas
híbrido con una cámara con fluido a presión, cerrado por una
membrana destructible, una carga propelente pirotécnica que al
encenderse destruye la membrana, y con una pared de tobera
dispuesta entre la carga propelente y la membrana, con al menos un
orificio de paso por el que fluyen en dirección a la membrana los
productos de combustión generados al encenderse la carga
propelente.
Por la patente US-A 6.042.146 se
conoce un generador de gas híbrido de este tipo.
Estos generadores de gas híbridos funcionan
normalmente con gas a presión, que al escaparse se mezcla con los
productos de combustión calientes. La mezcla de gases que se
produce llega a continuación a un medio de retención, por ejemplo
un airbag o una cámara de un accionamiento para activar un medio de
retención de un pasajero de un vehículo. Los orificios de paso en
la pared de la tobera tienen la función de dirigir hacia la
membrana la corriente que se origina a partir de los productos de
combustión, para abrir dicha membrana con la mayor rapidez posible.
Hasta ahora los orificios de paso se encuentran distribuidos de
manera regular y a escasa distancia entre ellos en un círculo y en
forma de arco, de modo que de la membrana se separa un disco
circular por la acción de los productos de combustión. La ventaja
de una disposición de este tipo radica en que se produce con mucha
rapidez un orificio en la membrana y como consecuencia puede
escapar de la cámara una gran cantidad de fluido a presión. Los
llamados fragmentos libres de la membrana que se originan en el
proceso son aquellos fragmentos que no se mantienen sujetos en el
borde de la membrana, sino que son arrancados con la corriente de
fluido y de gas y llegan a un filtro dispuesto a continuación, que
obstruyen parcialmente. El borde de la membrana puede estar formado
también por un anillo de sujeción de forma anular, unido en una
pieza a la piel de la membrana formando una unidad premontada.
La invención permite construir un generador de
gas híbrido más pequeño y más ligero, con un alto grado de
eficacia. Con un generador de gas híbrido del tipo mencionado al
principio esto se consigue con una construcción en la que el
orificio de paso tiene una forma tal, y está dirigido hacia la
membrana de tal modo, que al destruirse la membrana se producen
únicamente fragmentos que permanecen unidos al borde de la
membrana. Mientras que en el estado actual de la técnica, con
vistas a la obtención de un orificio lo más grande posible en la
membrana, se consigue por lo menos un fragmento libre que no se
mantiene unido al borde, la invención explora un camino diferente.
Según la invención ya no se producen fragmentos libres de este tipo
sino que más bien, debido a la disposición y a la geometría
especiales del orificio de paso o de los varios orificios de paso,
se forman exclusivamente fragmentos que se mantienen unidos al
borde de la membrana, el cual se mantiene en todo caso unido a una
pared fija en el interior del generador de gas. Dado que no se
producen segmentos libres de la membrana, el filtro que normalmente
está previsto se puede fabricar para que ofrezca una eficacia
sustancialmente menor o bien, tal y como la invención contempla de
modo preferente, se puede eliminar por entero. Un filtro menos
eficaz, de mallas más gruesas, permite ahorrar peso y espacio de
montaje, y de suprimirse el filtro se puede renunciar completamente
a la cámara para el filtro, que hasta ahora siempre estaba
prevista.
El orificio de paso discurre básicamente en
paralelo al borde de la membrana en forma de disco.
De acuerdo con la disposición y la geometría del
orificio de paso, de la membrana se extrae preferentemente un
fragmento central, que se mantiene unido por un puente (zona no
soplada por los productos de combustión) con el borde de la
membrana. El fragmento del centro se abate hacia fuera durante la
apertura, sin ser arrancado por la corriente del fluido o por la
corriente generada por los productos de combustión.
Preferentemente se prevén varios orificios de
paso en forma de arco o de segmento anular, que limitan unos con
otros en la dirección del perímetro, de los cuales al menos dos
deberán mantener una distancia tan grande que una sección central,
que se desprenda de la membrana se mantenga unida mediante un
puente al borde de la membrana.
El puente se forma preferentemente porque, con
relación al centro de la membrana, no está previsto ningún orificio
de paso en una zona angular de entre 80 y 120º. Así pues, en esta
zona los productos de combustión no fluyen directamente contra la
membrana, que en este fragmento se mantiene intacta.
Otra forma de realización prevé que el orificio
de paso tenga forma de estrella. Con la configuración en forma de
estrella la membrana se abre primero en el centro y a continuación
se desgarra en dirección radial hacia fuera, lo que permite un
proceso de apertura rápido.
Los fragmentos radiales tienen preferentemente
una anchura que se van reduciendo en la dirección de sus extremos
radiales exteriores. De este modo una parte mayor de los productos
de combustión impactarán sobre la membrana en la zona del centro de
la estrella y provocarán allí una apertura rápida. Pese a la
reducción de la anchura de las secciones radiales en dirección al
borde no es previsible un retraso del proceso de apertura pues la
presión del fluido apoya además el desgarro de la membrana tan
pronto como ésta se haya abierto en el centro.
Según la forma de realización preferida se prevén
en total tres secciones radiales, situadas a una distancia regular
entre sí y en relación con el perímetro. Al ser sólo tres las
secciones que forman el orificio de paso, se producen fragmentos de
la membrana relativamente grandes, que se mantienen fijos en el
borde en una zona angular extensa.
Preferentemente la carga propulsora está
dispuesta fuera de la cámara, y por lo tanto está prevista además
una cámara de escape común para el gas a presión y los productos de
combustión, que se mezclan en dicha cámara. Esta cámara de escape
puede presentar un volumen escaso.
El fluido a presión es preferentemente gas a
presión, y el generador de gas según la invención no presenta,
preferentemente, filtro alguno.
La pared de tobera está formada por una pieza
inserta en forma de disco, que se fabrica por separado y forma la
pared frontal de una pared de la cámara de combustión.
Otras características y ventajas de la invención
se deducen de la siguiente descripción y de los dibujos que siguen,
a los que se hace referencia. En los dibujos puede verse:
- Figura 1 una vista en sección longitudinal a
través de un generador de gas según la invención,
- Figuras 2a y 2b una vista en planta y una vista
en perspectiva de una primera forma de realización de la pieza
inserta que se puede utilizar en el generador de gas según la
invención,
- Figura 2c una vista en planta de la membrana
con una línea de apertura originada por la pieza inserta según las
figuras 2a y 2b,
- Figuras 3a y 3b una vista en planta y una vista
en perspectiva de una segunda forma de realización de la pieza
inserta que se puede utilizar en el generador de gas según la
invención,
- Figura 3c una vista en planta de la membrana
con una línea de apertura originada por la pieza inserta según las
figuras 3a y 3b,
- Figuras 4a y 4b una vista en planta y una vista
en perspectiva de una tercera forma de realización de una pieza
inserta que se puede utilizar en el generador de gas según la
invención, y
- Figura 4c una vista en planta de la membrana
con una línea de apertura originada por la pieza inserta según las
figuras 4a y 4b.
En la figura 1 se muestra un generador de gas
híbrido que tiene una forma alargada, cilíndrica. En un extremo
axial está prevista una cámara 10 llena de gas a presión, y en el
extremo opuesto una cámara de combustión 13, llena de una carga
propelente 12 pirotécnica y limitada por una pared 14 de la cámara
de combustión. Un mecanismo de encendido 16 sirve para encender la
carga propelente pirotécnica 12. La pared frontal 18 de la cámara
de combustión 13, orientada hacia la cámara 10, está formada por
una pieza inserta 20 en forma de disco, fabricada como pieza
separada y unida al resto de la pared 14 de la cámara de
combustión, por ejemplo mediante soldadura.
Frente a la pieza inserta 20 se encuentra una
membrana 22 en forma de disco, que es algo mayor que la pieza
inserta 20 y que cierra la cámara 10 a prueba de escape bajo
presión. La membrana 22 está formada por una película delgada 23 y
un anillo de sujeción unido a ella, que forma el borde 24 de la
membrana. La membrana 22 está sujeta de forma permanente con el
borde 24 a la pared 26 de la cámara 10, preferentemente mediante
soldadura. En sentido radial, fuera de la cámara de combustión 13,
está prevista una cámara de escape 28, limitada por una carcasa
exterior 30. La carcasa exterior 30 tiene varios orificios de salida
32, a través de los cuales, como se explica más adelante, puede
fluir el gas liberado hacia un airbag que no está representado.
Como se puede observar, el generador de gas híbrido no tiene
filtro, y los orificios de salida 32 son tan grandes que no
permiten retener productos de la combustión u otras partículas
liberadas al activarse el generador de gas.
La membrana 22 se abre de una forma
predeterminable por efecto de los productos de combustión
originados por la combustión de la carga propelente 12. Para ello
están previstos, en la pieza inserta 20 uno o varios orificios de
paso, formando toberas que dirigen selectivamente la corriente
formada por los productos de combustión a zonas estrechas de la
membrana 22, para abrir dicha membrana de forma lineal en estas
zonas. En la figura 1 se puede ver que la membrana 22 es destruida
por un chorro de gas que incide sobre ella desde el exterior. Los
orificios de paso no están configurados como perforaciones de forma
circular sino que tienen una forma lineal, longitudinal, adaptada a
la línea de desgarro 45 correspondiente. Los orificios de paso
discurren a lo largo de las líneas L. Las toberas formadas por los
orificios de paso en la pieza inserta 20 forman un estrechamiento
entre la carga propelente 12 pirotécnica y la membrana 22.
La pieza inserta 20, denominada de forma aún más
general como pared de la tobera, aparece representada en diferentes
variantes en las figuras 2a a 4d.
Según la variante representada en las figuras 2a
y 2b, la pieza inserta 20 tiene un orificio de paso 40 en forma de
estrella con tres secciones radiales 42, situadas a una distancia
regular entre sí y en relación con el perímetro. El punto medio del
orificio de paso 40 en forma de estrella coincide con el eje
central de la pieza inserta 20 en forma de disco. Cada una de las
tres secciones radiales 42 presenta hacia su extremo radial
exterior 44 una anchura que se va reduciendo de manera continua,
que se mide en la dirección del perímetro.
Al activar el mecanismo de encendido 16 se activa
la carga propelente 12 pirotécnica, y los productos de combustión
que se originan salen, como chorro en forma de estrella, de la
cámara de combustión por el orificio de paso 20 e inciden
directamente sobre la membrana 22. Los productos de combustión
destruyen la membrana primero por el centro. La posterior apertura
de la membrana 22 tiene lugar a lo largo de las secciones radiales
42. Así pues la membrana presenta líneas de desgarro 45 en forma de
estrella (véase la figura 2c), de modo que se forman tres
fragmentos 46 de la membrana, los cuales se mantienen unidos en su
extremo radial exterior con el borde 24 de la membrana, una vez que
ésta ha sido destruida por el flujo de gas a presión y que dichos
fragmentos se han abatido en dirección a la cámara de combustión.
No se producen los llamados fragmentos libres, que son arrastrados
por el flujo del gas.
En la forma de realización según la figura 3a
está previsto un orificio de paso 40 que se extiende en paralelo al
borde 24 de la membrana y describe un segmento anular abierto, el
cual se extiende por 250º, de modo que en una zona angular á de
unos 110º, con referencia al centro de la pieza inserta 20, no está
previsto ningún orificio de paso 40. Al abrirse la membrana 22 se
separa a partir de ella un fragmento central 52 en forma de disco
(figura 3c), que mediante un puente 54 se mantiene fijo al borde 24
cuando el gas a presión escapa de la cámara 10.
En lugar de un orificio de paso largo, continuo,
en forma de segmento anular se pueden prever también, según la
figura 4a, varios orificios de paso 40' que limitan unos con otros
en la dirección del perímetro, en forma de arco o de segmento
anular más corto, los cuales, como ocurre en las figuras 3a a 3c,
separan de la membrana 22 un fragmento central 52 en forma de disco,
que se mantiene fijo en el borde 24 mediante un puente 54 (figura
4c). En esta forma de realización tampoco está previsto ningún
orificio de paso 40' en una zona angular \alpha entre 80 y 120º,
para crear un puente 54 de una anchura suficiente.
El gas a presión que se escapa de la cámara 10 se
mezcla en la cámara de escape 28 con los productos de combustión
calientes (preferentemente sólo gas caliente sin partículas
calientes) y sale a través de los orificios de salida 32.
La membrana 22 no tiene líneas de desgarro
predeterminadas formadas por un grosor de pared menor, como se
prevé en parte en el estado actual de la técnica. Así pues, la
membrana 22 se puede fabricar de forma económica, presentando
además una elevada estabilidad.
Claims (13)
1. Generador de gas híbrido con una cámara (10)
con un fluido que se encuentra bajo presión, cerrada por una
membrana (22) destructible, una carga propelente (12) pirotécnica,
que al encenderse destruye la membrana (22), y una pared de tobera
prevista entre la carga propelente (12) y la membrana (22), con al
menos un orificio de paso (40; 40'), por el que los productos de
combustión generados al encenderse la carga propelente (12) fluyen
en dirección a la membrana (22), caracterizado porque el
orificio de paso (40; 40') tiene una forma tal y está dirigido
hacia la membrana (22) de tal forma que al destruirse la membrana
(22) se producen exclusivamente fragmentos (46; 52) que se mantienen
unidos al borde (24) de la membrana (22).
2. Generador de gas híbrido según la
reivindicación 1, caracterizado porque el orificio de paso
(40; 40') discurre esencialmente en paralelo al borde (24) de la
membrana (22).
3. Generador de gas híbrido según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el orificio de
paso (40; 40') es un segmento anular abierto, de modo que se separa
de la membrana (22) un fragmento central (52) que permanece unido
mediante un puente (54) al borde (24) de la membrana (22).
4. Generador de gas híbrido según la
reivindicación 3, caracterizado porque están previstos
varios orificios de paso (40') en forma de segmento anular, que
limitan unos con otros en la dirección del perímetro, de los cuales
al menos dos presentan una distancia tan grande que un fragmento
central (52) separado de la membrana (22) se mantiene unido
mediante un puente (54) al borde (24) de la membrana (22).
5. Generador de gas híbrido según la
reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque el puente (54)
que se produce se obtiene porque con relación al centro de la
membrana (22) en una zona angular (\alpha) de entre 80 y 120º, no
está previsto ningún orificio de paso (40; 40').
6. Generador de gas híbrido según la
reivindicación 1, caracterizado porque el orificio de paso
(40) tiene forma de estrella.
7. Generador de gas híbrido según la
reivindicación 6, caracterizado porque las secciones
radiales (22) del orificio de paso (40) en forma de estrella tienen
una anchura que se va reduciendo en dirección a su extremo radial
exterior (44).
8. Generador de gas híbrido según la
reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el orificio de
paso (40) en forma de estrella tiene en total tres secciones
radiales (42), situadas a una distancia regular entre sí y en
relación con el perímetro.
9. Generador de gas híbrido según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carga
propelente (12) está dispuesta fuera de la cámara (10) y porque
está prevista una cámara de escape (28) común para el fluido a
presión y para los productos de combustión, en la que se mezclan
éstos.
10. Generador de gas híbrido según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el fluido
a presión es gas a presión.
11. Generador de gas híbrido según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque no
presenta ningún filtro.
12. Generador de gas híbrido según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pared
de tobera es una pieza inserta (20) en forma de disco, que forma la
pared frontal (18) de una pared (14) de cámara de combustión.
13. Generador de gas híbrido según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
orificio de paso (40) es un orificio de forma lineal.
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