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Querverweis zu verwandten Anmeldungen
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Diese
Anmeldung beansprucht die Rechte aus der U. S. Provisional-Anmeldung
mit der Anmeldenummer 60/557,473, angemeldet am 30. März
2004.
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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Gaserzeugungssysteme
und Gaserzeugungszusammensetzungen, die für Gaserzeugungsvorrichtungen
für beispielsweise Fahrzeugrückhaltesysteme verwendet
werden.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft nicht toxische Gaserzeugungszusammensetzungen,
welche bei der Verbrennung rasch Gase erzeugen, welche für
das Aufblasen von Insassenschutzrückhaltungen in Kraftfahrzeugen
nützlich sind und insbesondere betrifft die Erfindung thermisch
stabile Nicht-Azid Gaserzeugungsverbindungen, die nicht nur annehmbare
Verbrennungsraten, sondern die ebenso bei der Verbrennung ein relativ großes
Gasvolumen zu Feststoffanteilverhältnis bei annehmbaren
Flammentemperaturen aufweisen.
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Die
Entwicklung von azidbasierten Gaserzeugungsmitteln zu Nicht-Azid
Gaserzeugungsmitteln ist in dem Stand der Technik gut dokumentiert.
Die Vorteile von Nicht-Azid Gaserzeugungsmittelzusammensetzungen
im Vergleich zu Azid-Gaserzeugungsmitteln wurden extensiv in der
Patentliteratur beschrieben, beispielsweise
US Patentnummer 4,370,181 ;
4,909,549 ;
4,948,439 ;
5,084,118 ;
5,139,588 und
5,035,757 , deren Diskussionen hiermit
durch Bezugnahme einbezogen sind.
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Zusätzlich
zu einem Brennstoffanteil, enthalten pyrotechnische Nicht-Azid Gaserzeugungsmittel
Inhaltsstof fe, wie Oxidationsmittel, um für die rasche
Verbrennung und zur Reduktion des Anteils an gebildeten toxischen
Gases erforderlichen Sauerstoff zu liefern, einen Katalysator, der
die Umwandlung der toxischen Oxide des Kohlenstoffs und des Stickstoffs
in ungefährliche Gase bewirkt, und einen Schlacke bildenden
Bestandteil, um zu bewirken, dass sich die festen und flüssigen
Produkte, die während und unmittelbar nach der Verbrennung
gebildet werden, in filterbare schlackeähnliche Teilchen
zu agglomerieren. Andere optionale Zusatzstoffe, wie Verbrennungsratenverstärker
oder ballistische Modifikatoren und Zündhilfen, werden
verwendet, um die Zündbarkeit und die Verbrennungseigenschaften
des Gaserzeugungsmittels zu kontrollieren.
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Einer
der Nachteile der bekannten Nicht-Azid Gaserzeugungszusammensetzungen
ist die Menge und die physikalische Natur der festen Rückstände,
die während der Verbrennung gebildet werden. Bei der Verwendung
in einem Fahrzeuginsassenschutzsystem müssen die Feststoffe,
die als Ergebnis der Verbrennung gebildet werden, gefiltert oder
in anderer Weise vom Kontakt mit den Insassen des Fahrzeuges ferngehalten werden.
Es ist daher äußerst wünschenswert, Zusammensetzungen
zu entwickeln, die ein Minimum an festen Partikeln bilden, aber
adäquate Mengen eines nicht toxischen Gases bilden, um
die Sicherheitsvorrichtung mit einer hohen Geschwindigkeit aufzublasen.
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Die
Verwendung von phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat als ein Oxidationsmittel
beispielsweise ist erstrebenswert, da es reichlich nicht toxische
Gase und einen minimalen Feststoffanteil bei der Verbrennung erzeugt.
Um jedoch nützlich zu sein, müssen Gaserzeugungsmittel
für Kraftfahrzeuganwendungen thermisch stabil sein, wenn
diese 400 Stunden lang bei mehr als 107°C gealtert werden.
Die Zusammensetzungen müssen ebenfalls die strukturelle
Integrität behalten, wenn diese zwischen –40°C
und 107°C zyklisiert werden. Außerdem weisen Gaser zeugungszusammensetzungen,
welche phasenstabilisiertes oder reines Ammoniumnitrat enthalten,
eine geringe thermische Stabilität auf und erzeugen unakzeptabel
große Mengen an toxischen Gasen, wie beispielsweise CO
und NOx, in Abhängigkeit von der
Zusammensetzung und den enthaltenen Additiven, wie Weichmacher und
Bindemittel.
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Dennoch
ist der Zusatz von Additiven, wie Bindemitteln, oft notwendig, um
die Form des Treibmittels oder der Gaserzeugungstabletten zu erhalten
und deren Fragmentation mit der Zeit zu verhindern. Bestimmte wasserlösliche
Bindemittel, wie Carboxylcellulose-Bindemittel, weisen hygroskopische
Eigenschaften auf, welche deren Wasserlöslichkeit bewirken.
Demgemäß führen diese Typen von Bindemitteln
in Zusammensetzungen dazu, dass diese oft eine schlechte thermische
Stabilität haben und insbesondere bei Zusammensetzungen,
welche die bevorzugten Oxidationsmittel, wie phasenstabilisiertes
Ammoniumnitrat enthalten.
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Bekannte
wasserunlösliche Bindemittel, wie Celluloseester oder Alkylcellulosen,
wie Celluloseacetat, Celluloseacetatpropionat und Celluloseacetatbutyrat,
enthalten ein Cellulosegerüst, welches nur mit Alkylsubstituenten
(Acetyl, Propionyl, Butyryl) und Hydroxylgruppen substituiert ist.
Dies bewirkt, dass die Zusammensetzungen, die Alkylcellulosen enthalten,
nicht hygroskopisch sind und somit ausgezeichnete thermische Stabilität
besitzen. Dennoch haben diese Zusammensetzungen typischerweise einen
geringen Sauerstoffüberschuss, wodurch sie den Zusatz von
energiereichen Brennstoffen inhibieren. Weiterhin verkompliziert
die Verwendung von organischen Lösemitteln bei der Herstellung
dieser Zusammensetzung, welche diese Bindemittel enthalten, die
Herstellung vom Standpunkt der Sicherheit aus betrachtet, wegen
der Entzündlichkeit und Flüchtigkeit der Lösemittel,
wie Ethylacetat, Propylacetat und Butylacetat. Ein weiteres Bedenken
gegen die Verwendung von Bindemitteln, die einen lösmittelbasierten Prozess
erfordern, ist, dass die organischen Lösemittelreste entsorgt
werden müssen, mit den begleitenden Umweltbedenken.
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Dementsprechend
schließen die fortschreitenden Bemühungen in der
Entwicklung von beispielsweise Kraftfahrzeuggaserzeugungssystemen
Initiativen ein, um vorzugsweise mehr Gas und weniger Feststoffe
zu erzeugen, ohne die oben erwähnten Nachteile.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
oben genannten Anliegen werden durch Gaserzeugungssysteme gelöst,
die eine Gaserzeugungszusammensetzung einschließen, die
ein Carboxyalkylcellulose-Bindemittel, wie Carboxymethylcelluloseacetatbutyrat
enthalten. Anders gesagt, enthalten Zusammensetzungen der vorliegenden
Erfindung ein primäres Bindemittel, welches Carboxylsubstitutionen
und Alkylsubstitutionen enthält. Bekannte Treibstoffe,
Oxidationsmittel und andere Additive können in diese Zusammensetzungen
inkorporiert werden, wie dies im Stand der Technik bekannt ist,
und durch die Bedingungen des Designs vorherbestimmt ist. In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung enthalten Gaserzeugungssysteme, wie
Airbaggasgeneratoren und Fahrzeuginsassenschutzsysteme, diese Gaserzeugungszusammensetzung.
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Zusammenfassend
gesagt, schließt die vorliegende Erfindung Gaserzeugungszusammensetzungen ein,
welche die Bildung von Gasverbrennungsprodukten optimieren und die
Produktion von festen Verbrennungsstoffen minimieren, während
die anderen Bauarterfordernisse, wie reduzierte Hygroskopizität,
thermische Stabilität, Produktionssicherheit und verringerter
Einfluss auf die Umwelt, erhalten bleiben. Diese und andere Vorteile
werden bei Betrachtung der ausführlichen Beschreibung offensichtlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein beispielhafter Airbaggasgenerator, der eine Gaserzeugungsmischung
in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthält.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines exemplarischen Fahrzeuginsassenrückhaltesystems, enthaltend
den Gasgenerator nach 1 und ein Gaserzeugungsmittel
in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsform(en)
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Die
vorliegende Erfindung schließt Gaserzeugungszusammensetzungen
ein, welche einen Treibstoff, ein Oxidationsmittel und ein primäres
Bindungsmittel enthalten. Das primäre Bindungsmittel ist
ausgewählt aus der Gruppe der Cellulosepolymere, worin
jedes Polymerbindemittel Carboxylfunktionalität, Alkylfunktionalität und
Hydroxylfunktionalität aufweist. Anders gesagt, ein bevorzugtes
Bindemittel, ausgewählt aus dieser Gruppe ist Carboxymethylcelluloseacetatbutyrat
(CMCAB). Andere Carboxylalkylcellulose-Bindemittel werden benannt
und werden beispielhaft erläutert durch solche Verbindungen,
die ein Cellulosegerüst enthalten und die mit sowohl Carboxylsubstitutionen
und Alkylsubstitutionen substituiert sind, und die Salze dieser
Verbindungen, einschließlich Nichtmetall, Metall und Alkali
oder Erdalkalimetallsalze, einschließlich Kalium, Natrium, Strontium
und deren Ammoniumsalze. Diese Salze können einfach gebildet
werden durch Umsetzung der Carboxyalkylcellulosen mit einer Base,
wie Kaliumhydroxid oder Ammoniumhydroxid.
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Carboxylsubstitutionen
schließen Carboxymethyl-, Succinyl- und Maleylgruppen ein.
Alkylsubstitutionen schließen Acetyl-, Probionyl-, Butyrylgruppen
mit Hydro xylgruppen ein. Das primäre Bindemittel enthält etwa
0,1–20% und vorzugsweise etwa 1–10 Gewichtsprozent
der Zusammensetzung.
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Es
wurde gefunden, dass Cellulosepolymere, welche Hydroxyl-(-OH)gruppen
an einem Anhydroglukosegerüst enthalten, mit verschiedenen
zyklischen Anhydriden umgesetzt werden können, um andere
Carboxylalkylcellulose-Bindemittel herzustellen. Beispiele von zyklischen
Anhydriden, die für die Umsetzung mit einem Basispolymer
geeignet sind, schließen Succinanhydrid und Maleinsäureanhydrid
ein. Andere bekannte Anhydride sind erhältlich, welche
die Carboxylfunktionalität durch den gleichen Prozess zur
Verfügung stellen.
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Die
Gaserzeugungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können
ebenso die folgenden Bestandteile in den angegebenen Gewichtsprozenten
enthalten. Ein primärer Brennstoff ist ausgewählt
aus der Gruppe, enthaltend Azole, wie 5-Aminotetrazol; Nichtmetallsalze
von Azolen, wie Kalium-5-Amminotetrazol; Nichtmetallsalze von Azolen,
wie Mono- oder Diammoniumsalze von 5,5-bis-1H-Tetrazol; Nitratsalze
von Azolen, wie 5-Amminotetrazolnitrat; Nitraminderivate von Azolen,
wie 5-Nitraminotetrazol; Metallsalze von Nitraminderivaten von Azolen,
wie Dikalium-5-Nitraminotetrazol; Metallsalze von Nitraminderivaten
von Azolen, wie Dikalium-5-Nitraminotetrazol; Nichtmetallsalze von
Nitraminderivaten, wie Mono- oder Diammonium-5-Nitraminotetrazol
und; Guanidine, wie Dicyandiamid, Nitroguanidin und Guanidinnitrat;
Salze von Guanidinen, wie Guanidinnitrat; Nitroderivate von Guanidinen,
wie Nitroguanidin; Acoamide, wie Acodicarbonamid; Nitratsalze von
Acoamiden, wie Acodicarbonamidindinitrat und deren Mischungen. Der
primäre Treibstoff wird typischerweise verwendet mit 0–80
Gewichtsprozent oder weiter bevorzugt mit etwa 10–70 Gewichtsprozent.
Es ist willkommen, dass in bestimmten Zusammensetzungen die verwendete
Menge von Kindermaterial ebenso treibstoffwirksame Mengen des Bin ders
zur Verfügung stellt, worin das Bindermaterial als Bindermaterial/Treibstoff
wirkt. Demgemäß ist in diesem Fall der primäre
Treibstoff nicht in der Zusammensetzung enthalten. Ein optionaler
sekundärer Treibstoff ist aus der gleichen Gruppe von Treibstoffen
ausgewählt und wird typischerweise zwischen 0–50%
und weiter bevorzugt zwischen 0–30 Gewichtsprozent verwendet.
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Ein
nichtmetallisches oder metallisches primäres Oxidationsmittel
kann ausgewählt sein aus Nitratsalzen, wie Ammoniumnitrat,
phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat, stabilisiert in bekannter Weise
und besonders bevorzug mit etwa 10 Gewichtsprozent von Kaliumnitrat,
Kaliumnitrat und Strontiumnitrat; Nitritsalze, wie Kaliumnitrit;
Chloratsalze, wie Kaliumchlorat; Perchloratsalze, wie Ammoniumperchlorat
und Kaliumperchlorat; Oxide, wie Eisenoxid und Kupferoxid; basische
Nitratsalze, wie basisches Kupfernitrat und basisches Eisennitrat;
und deren Mischungen. Das primäre Oxidationsmittel kann
etwa zwischen 0,1–80 Gewichtsprozent und weiterhin bevorzugt
zwischen 10–70 Gewichtsprozent vorliegen. Sekundäre
Oxidationsmittel können ebenso verwendet werden und sind
ausgewählt aus den Oxidationsmitteln wie oben beschrieben.
Die sekundären Oxidationsmittel liegen typischerweise zwischen
0–50% und besonders bevorzugt bei 0–30 Gewichtsprozent
in der Gaserzeugungsmischung vor.
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Ein
optionales sekundäres Bindemittel kann ausgewählt
sein aus Cellulosederivaten, wie Celluloseacetat, Celluloseacetatbutyrat,
Carboxymethylcellulose, Salzen von Carboxymethylcellulose; Silikon;
Polyalkencarbonaten, wie Polypropylencarbonat und Polyethylencarbonat;
und deren Mischungen. Sofern verwendet, können sekundäre
Bindemittel in einer Menge von etwa 0–10% und besonders
bevorzugt 0–5 Gewichtsprozent vorliegen.
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Ein
optionaler Schlackenbildner kann ausgewählt sein aus Siliziumverbindungen,
wie elementarem Silizium und Siliziumdioxid; Silikonen, wie Polydimethylsiloxan;
Sili katen, wie Kaliumsilikat; natürlichen Mineralien, wie
Ton, Talkum und Glimmer; Metalloxidstäube, wie Quarzstaub
und Aluminiumoxidstaub. Sofern verwendet, sind die Schlackenbildner
mit etwa 0–10% und weiter bevorzugt 0–5 Gewichtsprozent
vorhanden.
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Andere
beispielhafte Treibstoffe, Oxidationsmittel und andere Gaserzeugungsbestandteile
sind beschrieben in den
US-Patenten
5,035,757 ,
5,756,929 ,
5,872,329 ,
6,074,502 ,
6,287,400 ,
6,210,505 und
6,306,232 , jedes hiervon ist durch
Bezugnahme in seiner Gänze in diese Anmeldung eingegliedert.
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Carboxymethylcelluloseacetatbutyrat
(CMCAB) ist von der Eastman Chemical Company in Kingsport, Tennessee
erhältlich. Es ist als ein wasserdispergierbares Polymer
bekannt, das heißt, dass es durch Kombination einer kleineren
Menge eines organischen Lösemittels mit Wasser solvatisiert
werden kann. Andere Gaserzeugungsmittelbestandteile können
von bekannten Lieferanten, wie Aldrich Chemical Company, bezogen
werden.
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In
einer wässrig/organischen Lösemittelmischung können
die folgenden Bestandteile zugegeben und beim Zugeben homogen vermischt
werden, und zwar in den Gewichtsprozenten wie angegeben. Ein primäres Bindemittel,
CMCAB, mit 0,1–20% und weiter bevorzugt 1–10%
wird zu der Mischung zugegeben. Sekundäre Bindermaterialien
können mit 0–10% und weiter bevorzugt mit 1–5%
hinzugefügt werden, und sind ausgewählt aus der
Gruppe, enthaltend Cellulosederivate, wie Celluloseacetat, Celluloseacetatbutyrat
und Carboxymethylcellulose; Salze von Carboxymethylcellulose; Silikon;
Polyalkylencarbonate, wie Polypropylencarbonat und Polyethylencarbonat.
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Die
Gaserzeugungsmischungen der vorliegenden Erfindung können
wie im Stand der Technik bekannt hergestellt werden. Beispiele für
typische Herstellungsprozesse schließen ein: (1) Mischen
und/oder Mahlen von Oxidationsmittel, Treibstoff, Bindemitteln und
anderen Komponen ten ohne Lösemittel oder Kompaktieren des
gepulverten Materials in einer Presse; (2) Anläsen des
Cellulosebindemittels in einer wässrig/organischen Lösung,
Hinzufügen der gewünschten Bestandteile, wie Treibstoff,
Oxidationsmittel und andere Zusatzstoffe, und Formpressen in einen
Treibstoffmittelkorb. Das Lösemittel wird dann weggetrocknet;
(3) Anläsen des Cellulosebindemittels, Hinzufügen
des Oxidationsmittels, Treibstoffs und anderer Bestandteile und
Extrudieren des Treibstoffs unter Druck durch eine Pressform, um
verschiedene Formen zu bilden. Die Formen können dann auf
Länge geschnitten werden und das Lösemittel verdampft
oder herausgeheizt werden.
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Der
Trocknungsprozess kann durch Anwendung von Hitze auf die fertige
homogene Mischung beschleunigt werden. Oder in Abhängigkeit
von den Ausführungsbedingungen kann der Trocknungsprozess
beispielsweise in Abwesenheit von Hitze verlängert werden.
Andere Herstellungsverfahren seien genannt, einschließlich
der anderen bekannten Feucht- und Trockenmischungs- und Kompaktierungsverfahren.
Es ist vorgesehen, dass die vorliegenden Zusammensetzungen in Gaserzeugungssystemen
verwendet werden. Ein exemplarisches Gaserzeugungssystem schließt
eine Airbagvorrichtung oder ein Fahrzeuginsassenschutzsystem, wie
in 2 gezeigt, ein, das Airbagmodule, Airbaggasgeneratoren
oder Gaserzeuger und allgemeine Fahrzeuginsassenrückhaltesysteme
umfasst, wie diese hergestellt oder entworfen sind, wie im Stand
der Technik bekannt.
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Um
die Vorteile der Herstellung unter Verwendung von Carboxyalkylcellulosen
in Gaserzeugungsmitteln zu erläutern, werden Mischungen
von phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat (PSAN), bis Tetrazoldiammoniumsalz
(BTzA) und Eastman-Produkten in den in Tabelle 1 dargestellten Gewichtsprozenten
hergestellt. Die Materialien, die für den Vergleich ausgewählt
wurden, waren Eastman Celluloseacetatbutyrat CAB381-20BP und Eastman
Carboxymethylcellulo seacetatbutyrat CMCAB641 – 0.2. Die
Zusammensetzung und Verbrennungsraten sind in Tabelle 1 dargestellt.
| Zusammensetzung | Verbrennungsrate
@1000 psi | Verbrennungsrate
@3000 psi |
| PSAN – 82
BTzA – 10 CMCAB641 – 0.2-8 | 0,16 | 0,40 |
| PSAN – 82
BTzA – 10 CAB381-20BP – 8 | 0,20 | 0,45 |
Tabelle
1
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Wie
in Tabelle 1 dargestellt, zeigen die beiden Eastman-Cellulose-Bindemittel ähnliches
Verhalten, wenn sie im gleichen Verhältnis gemischt sind.
Ein Vorteil der Verwendung von Carboxymethylcelluloseacetatbutyrat
(CMCAB) in diesen Formulierungen zeigt sich in der Menge des organischen
Lösemittels, die für die Herstellung erforderlich
ist. Celluloseacetatbutyrat (CAB) kann nur durch sehr organische
Lösemittelmischungen solvatisiert werden. CMCAB kann durch
wässrig/organische Mischungen solvatisiert und im gleichen
Verfahren angewendet werden, worin die erzeugte Menge an umweltschädlichem
Abfall verringert ist. Dispersionsmethode II, wie in der Eastman-Online-Publikation
gn431 beschrieben, erlaubt die Verwendung von etwas 50/50 Wasser-organisch
Mischungen als Lösemittel.
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Um
den Vorteil der Addition von Carboxylgruppen an das Polymergerüst
zu zeigen, werden verschiedene Gaserzeugungszusammensetzungen, unter
Verwendung von variierenden Anteilen der Carboxymethylsubstitution
und des Sauerstoff-zu-CO2-Gehalts (wie dieser für Kraftfahrzeuganwendungen
ideal ist), formuliert. Phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat wurde
als Oxidationsmittel und Bistetrazoldiammoniumsalz als Brennstoff
ausgewählt. Das Sauerstoffverhältnis der Cellulosen
und der Grad der Substitu tion (DS) der Carboxymethyl-(CM)gruppen
am Cellulosegerüst sind in Tabelle 2 gezeigt. Ein Substitutionsgrad
von 3 repräsentiert 100% Substitution. Alle Verhältnisse
sind auf Massenbasis bezogen und die Formulierungen basieren auf der
Verwendung von 10% Cellulose-Bindemitteln.
| Cellulose-Bindemittel | Sauerstoffverhältnis | Formulierung
als Sauerstoff ausgeglichen mit CO2 |
| Eastman
CAB381-20BP (CM DS = 0) | –162 | PSAN – 86,3
BTzA – 3,7 CAB – 10,0 |
| Eastman
CMCAB641-0.2 (CM DS = 0,35) | –158 | PSAN – 85,9
BTzA – 4,1 CMCAB – 10,0 |
| Modifiziertes CMCAB-01
(CM DS = 1,0) | –139 | PSAN – 84,0
BTzA – 6,0 CMCAB – 10,0 |
| CMC*-03
(CM DS = 3,0) | –100 | PSAN – 79,9
BTzA – 10,1 CMC – 10,0 |
Tabelle
2 (*Carboxymethylcellulose (CMC))
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Durch
den Zusatz von energiereichen Brennstoffen, wie Bistetrazoldiammoniumsalz,
wird die ballistische Wirkung verstärkt. Die obige Tabelle
zeigt den hinzugefügten Nutzen der Addition von Carboxygruppen an
das Polymergerüst. Es ist möglich, das Sauerstoffverhältnis
sogar weiter zu verbessern, durch Bildung von Salzen des CMCAB und
anderer Carboxyalkylcellulosepolymere, wie Natrium, Kalium, Strontium
oder Ammoniumsalze.
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Ein
Vorteil von Cellulosen wie CMCAB gegenüber Cellulosen wie
CMC ist, dass die Hygroskopizität wesentlich verringert
ist, wegen der relativen Verringerung in der polaren Natur von CMCAB
im Vergleich zu CMC durch die Alkylsubstitution. Die hygroskopischen
Eigenschaften von CMC und dessen Salze machen die Verarbeitung sehr
schwierig unter der Voraussetzung, dass Brennstoffe, die in Kraftfahrzeugpassagierrückhaltesystemen
beispielsweise verwendet werden, extreme Testbedingungen durchlaufen
müssen, wie thermischer Schock und Hochtemperaturhitzealterung.
Außerdem müssen Gaserzeugungszusammensetzungen, die
in Kraftfahrzeuganwendungen verwendet werden, eine nützliche
Lebensdauer von mehreren Jahren haben, um die Anforderungen der
Verbraucher zu erfüllen. Schlechtes Hochtemperaturalterungsverfahren
weist auf eine kurze Lagerdauer der Gaserzeugungszusammensetzung
hin. Das Einbringen von Feuchtigkeit in diese Materialien kann Nachteile
verursachen, wie eine potentielle Verringerung der Leistung, Zersetzung
während des Hitzealterns und strukturellen Zusammenbruch
der Treibmittelkörner während des Alterns und
des thermalen Schocks. Außerdem ist die thermische Stabilität
von Carboxycellulosen wie CMC mit bevorzugten Oxidationsmitteln,
wie Ammoniumnitrat oder phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat signifikant
reduziert, wegen der Wechselwirkungen mit der relativ großen
Zahl von Hydroxylsubstitutionen am Polymergerüst (im Vergleich
zu CMCAB). In alternden Mischungen von CMC mit Ammoniumnitrat bei
107°C zeigt CMC und dessen Salze einen Farbwechsel von
creme-farbend nach schwarz und einen Gewichtsverlust von 0,7% bis
10% innerhalb 400 Stunden, während Mischungen mit Alkylcellulosen
wie CAB mit einer relativ geringen Hydroxylsubstitution einen Massenverlust
von weniger als 0,2% sogar nach 1000 Stunden bei 107°C
zeigen. Diese Tatsache zeigt die Vorteile der Alkylsubstitution
oder -gruppen in CMCAB.
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Dementsprechend
zeigen Cellulosen, wie CMCAB, über Cellulosen, wie Celluloseacetat
(CA), Celluloseacetatpropionat (CAP) und Celluloceacetatbutyrat
(CAB), wenigstens einen oder mehrere der folgenden Vorteile: verbessertes Sauerstoffverhältnis
(wie in Tabelle 2 dargestellt) und die Fähigkeit, mit einer
Mischung von organischen Lösungsmitteln und Wasser solvatisiert
zu werden und somit die Reduzierung der Menge an gefährlichem
Abfall während der Herstellung, und das zur Verfügung
Stellen eines sicheren Verfahrens im Hinblick auf Entflammbarkeit
und Flüchtigkeit.
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Wie
in
1 dargestellt, beinhaltet ein exemplarischer Gasgenerator
ein Doppelkammerdesign, um die Kraft der Entfaltung eines entsprechenden
Airbags zuzuschneidern. Im Allgemeinen kann ein Gasgenerator, der
ein Gaserzeugungsmittel
12 enthält, wie hierin
beschrieben, in an sich bekannter Weise hergestellt werden.
US-Patente Nummer 6,422,601 ,
6,805,377 ,
6,659,500 ,
6,749,219 und
6,752,421 zeigen beispielhaft typische
Airbaggasgeneratorausbildungen und sind alle hiermit durch Bezugnahme
in ihrer Gesamtheit einbezogen.
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Unter
Bezugnahme auf 2 kann ein exemplarischer Gasgenerator 10 wie
oben beschrieben in einem Airbagsystem 200 vorhanden sein.
Das Airbagsystem 200 enthält wenigstens einen
Airbag 202 und einen Gasgenerator 10, der eine
Gaserzeugungsmischung 12 gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält, und ist gekoppelt an den Airbag 202,
um eine Flüssigkommunikation mit dem Inneren des Airbags
zu ermöglichen. Das Airbagsystem 200 kann ebenso
(oder in Verbindung stehen mit) einem Aufprallsensor 210 stehen.
Aufprallsensor 210 enthält einen bekannten Aufprallsensoralgorithmus,
der die Betätigung des Airbagsystems 200 über
beispielsweise die Aktivierung des Airbaggasgenerators 10 im
Falle einer Kollision signalisiert.
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Unter
Bezugnahme auf
2 kann das Airbagsystem
200 in
einem größeren, weiter umfassenden Fahrzeuginsassenrückhaltesystem
180 enthalten
sein, welches zusätzliche Elemente, wie eine Sicherheitsgurtanordnung
150,
enthält.
2 zeigt ein schematisches Diagramm
einer exem plarischen Ausführungsform eines solchen Rückhaltesystems.
Die Sicherheitsgurteinrichtung
150 umfasst ein Sicherheitsgurtgehäuse
152 und
einen Sicherheitsgurt
100, der sich aus dem Gehäuse
152 erstreckt.
Ein Sicherheitsgurtretraktormechanismus
154 (beispielsweise
ein federbelasteter Mechanismus) kann mit einem Endteil des Gurtes
verbunden sein. Zusätzlich kann ein Gurtspanner
156,
welcher ein Treibmittel
12 enthält, mit dem Gurtretraktormechanismus
154 verbunden
sein, um den Retraktormechanismus im Falle einer Kollision zu betätigen.
Typische Sitzgurtretraktormechanismen, welche in Verbindung mit
den Sicherheitsgurtvorrichtungen der vorliegenden Erfindung verwendet
werden können, sind in den
US-Patenten
Nummer 5,743,480 ,
5,553,803 ,
5,667,161 ,
5,451,008 ,
4,558,832 und
4,597,546 beschrieben, welche hiermit
durch Bezugnahme einbezogen sind. Illustrative Beispiele von typischen
Vorspannern, mit welchen die Sicherheitsgurtvorrichtungen der vorliegenden
Erfindung kombiniert sein können, sind beschrieben in den
US-Patenten Nummer 6,505,790 und
6,419,177 , welche hiermit
durch Bezugnahme inkorporiert sind.
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Sicherheitsgurtanordnung
150 kann
weiterhin oder in Verbindung stehen mit einem Aufprallsensor
158 (beispielsweise
einem Trägheitssensor oder einem Beschleunigungsaufnehmer),
welcher einen bekannten Unfallsensoralgorithmus enthält,
der die Betätigung des Gurtstraffers
126 über
beispielsweise die Aktivierung eine pyrotechnischen Zünders
(nicht gezeigt), der im Straffer enthalten ist, aktiviert.
US-Patente Nummer 6,505,790 und
6,419,177 , die bereits vorher
durch Referenz einbezogen wurden, zeigen illustrative Beispiele von
Straffern, die in derartiger Weise betätigt werden.
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Es
ist vorgesehen, dass Sicherheitsgurtvorrichtungen 150,
Airbagsysteme 200 und weiter gefasst Fahrzeuginsassenschutzsysteme 180,
die Verwendung der Gaserzeugungs systeme in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung verdeutlichen aber nicht beschränken.
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Man
wird verstehen, dass die vorstehenden Beschreibungen von verschiedenen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur für
illustrative Zwecke gedacht sind und nicht dazu verwendet werden,
um die Breite der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise zu
beschränken. Daher unterliegen die verschiedenen strukturellen
und funktionalen Merkmale, die hierin offenbart sind, einer Vielzahl
von Modifikationen, von denen keine vom Umfang der Erfindung abweicht,
wie diese in den angefügten Ansprüchen definiert
sind.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Gaserzeugungszusammensetzungen für
Gasgeneratoren von beispielsweise Insassenrückhaltesystemen.
Eine Gaserzeugungszusammensetzung (12), hergestellt in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, schließt ein Carboxyalkylcellulose-Bindemittel
ein. Ein Fahrzeuginsassenschutzsystem (180) und andere
Gaserzeugungssysteme enthalten die Zusammensetzungen der vorliegenden
Erfindung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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