DE112006002624T5

DE112006002624T5 - Gaserzeugungsmittel

Info

Publication number: DE112006002624T5
Application number: DE112006002624T
Authority: DE
Inventors: Sean P. Almont Burns; Jeffrey W. Harrison Township Halpin; Graylon K. Warren Williams; Paresh S. Troy Khandhadia; Deborah L. Troy Hordos; Jason La sale Newell
Original assignee: Automotive Systems Laboratory Inc
Current assignee: Automotive Systems Laboratory Inc
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2008-08-07
Also published as: WO2007038803A3; WO2007038803A2; JP2009509908A; US20070084532A1

Abstract

Gaserzeuger, umfassend:
eine Gaserzeugungszusammensetzung, die ein erstes Oxidationsmittel und einen ersten Brennstoff umfasst; und
ein Fänger-Additiv, ausgewählt aus Adsortionsmitteln, Absorptionsmitteln, chemischen Reaktanten und deren Mischungen, wobei das genannte Fänger-Additiv in Dampf/Gas-Kommunikation mit der genannten Gaserzeugungszusammensetzung innerhalb des genannten Gaserzeugers, in heterogener Beziehung mit der genannten Gaserzeugungszusammensetzung bereitgestellt wird.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Rechte der US-Provisional Anmeldung mit dem Aktenzeichen 60/722,168, eingereicht am 30. September 2005.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Gaserzeugungssysteme und Gaserzeugungszusammensetzungen, die zum Beispiel in Gaserzeugervorrichtungen für Automobilrückhaltesysteme eingesetzt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Gaserzeugungszusammensetzungen, die bei der Verbrennung eine relativ kleine Menge Feststoffe und eine relativ reichliche Menge Gas erzeugen. Es ist eine andauernde Herausforderung, die Menge an Feststoffen zu reduzieren und die Menge an Gas zu erhöhen, wodurch die Filtrationserfordernisse für einen Gasgenerator verringert werden. Als ein Ergebnis kann der Filter entweder in der Größe reduziert oder gänzlich eliminiert werden, wodurch das Gewicht und/oder die Größe des Gasgenerators reduziert wird.
Eine gleichermaßen wichtige Herausforderung ist es, Gaserzeugungsmittel herzustellen, die eine relativ geringe Empfindlichkeit in Bezug auf Stoß, Reibung oder elektrostatische Entladungsreize besitzen.
Eine noch andere Herausforderung bei Gaserzeugungszusammensetzungen, die relativ kleine Mengen Feststoffe erzeugen, manchmal als "rauchlose" Zusammensetzungen bezeichnet, ist, dass nicht alle nicht-metallischen Bestandteile zu einer stabilen ballistischen Leistung beitragen, wenn sie der Umgebungskonditionierung ausgesetzt werden. Tatsächlich ist ein Brennstoff, der aufgrund seiner Tendenz vollständig oder hauptsächlich Gas zu erzeugen favorisiert wird, Bis-1(2)H-tetrazol-5-yl)-amin (BTA-1NH3) und dessen Derivate. Wenn er mit anderen Gaserzeugungsmittel-Bestandteilen wie einem Oxidationsmittel kombiniert wird und in eine Gaserzeugungsmittelzusammensetzung überführt wird, trägt dieser Brennstoff zu größeren Mengen Gas bei der Verbrennung der Zusammensetzung bei. Nichtsdestotrotz ist entdeckt worden, dass BTA-1NH3 zu einer nicht akzeptablen, aggressiven ballistischen Leistung beiträgt, wie nach dem thermischen Zyklieren und dem Thermoschocktest gemessen wurde, wie in "SAE International Document SAE/USCAR-24" "USCAR GASGENERATOR TECHNICAL REQUIREMENTS AND VALIDATION" definiert ist, das hierin als Referenz einbezogen wird.
Weiterhin zeigen einige Gaserzeugungsmittel, wie jene, die durch die Kombination des Monoammoniumsalzes von Bis-(1(2)H-tetrazol-5-yl)-amin (BTA-1NH3) mit Ammoniumnitrat oder phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat (PSAN) gebildet werden, viele vorteilhafte Eigenschaften, wie eine hohe Gasproduktion, und sind deshalb in Automobilinsassenrückhaltevorrichtungen nutzbar. BTA-1NH3 ist ein hochenergetischer, hoch Stickstoff-haltiger Brennstoff, der exzellente Stabilität und sehr vorteilhafte Grade an Hygroskopizität und Empfindlichkeit zeigt. Die Eigenschaften von Ammoniumnitrat und Kaliumnitrat, wenn sie gemeinsam ausgefällt werden, schließen minimale oder keine Empfindlichkeit ein, wenn sie Schlag, Reibung und elektrostatischen Entladungsreizen ausgesetzt werden. Eine Besorgnis in Bezug auf PSAN-enthaltende Treibmittel ist ebenso, dass sie ein signifikantes aggressives Verhalten in Bezug auf ballistische Eigenschaften zeigen, insbesondere in Bezug auf die "USCAR"-Thermoschock-Konditionierung, wenn sie ballistisch bei erhöhten Temperaturen (der Industriestandard ist ungefähr 85°C) geprüft werden.
Es ist auch vorgeschrieben, dass Airbag-Gasgeneratoren der Umgebungskonditionierung, wie Hochtemperatur-Wärmealtern, thermischem Altern, thermischem Zyklieren, Thermoschock, Feuchtigkeitszyklieren und so weiter ausgesetzt werden. Diese extremen Prüfungen können viele Probleme verursachen, die vom Misslingen des Aufblasens des Airbags bis zum unter Überdruck setzen des Gasgenerators reichen, was zum Bersten führt. Es ist deshalb wünschenswert ein Gaserzeugungsmittel und Gasgeneratorsystem zu haben, das Gleiches leistet, ungeachtet der Konditionierung. Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung für viele dieser Möglichkeiten bereit.
Viele Gaserzeugungsmittel sind feuchtigkeitsempfindlich aufgrund der inhärenten Hygroskopizität vieler üblicher Komponenten, einschließlich Oxidationsmitteln wie Nitratsalzen, natürlich vorkommenden Hydraten von Brennstoffen wie 5-Aminotetrazol, Bis-(1(2)H-tetrazol-5-yl)-amin, Carboxymethylcellulose und deren Salzen, Tonen und anderen. Es ist deshalb erforderlich, dass diese Arten von Gaserzeugungsmitteln für eine wiederholbare Leistung trocken gehalten werden.
Feuchtigkeit oder flüchtige Verunreinigungen können auf vielen Wegen in Gaserzeugungssysteme eingeführt werden. Ein paar Beispiele schließen ein: unsachgemäß verarbeitete Gaserzeugungsmittel, die überschüssige Feuchtigkeit enthalten; Feuchtigkeit, die in das System über Feuchtigkeit während der Montage eingeführt wurde; Feuchtigkeit, die in das System während der Umgebungskonditionierung, wie Feuchtigkeitszyklieren oder Salzsprühen, eingeführt wurde; Feuchtigkeit, die in das System über die Zersetzung von Materialien innerhalb des Systems, wie Selbst zündungsmaterialen, Verschlüssen, Dichtungen, Fetten und anderen Gaserzeuger-Bestandteilen eingeführt wurde. Die Verwendung bestimmter Additive, bevorzugt Zeolithe wie Molekularsiebe, Calciumsulfat (Drierite) oder Calciumoxid kann jegliche Probleme, die in diesen Situationen auftreten können, minimieren und in einigen Fällen eliminieren.
Dementsprechend wäre es eine Verbesserung des Standes der Technik Zusammensetzungen bereitzustellen, die BTA-1NH3 enthalten, das zu einer "rauchlosen" Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung oder zu einer solchen beiträgt, die bei der Verbrennung 90% oder mehr Gas als ein Produkt erzeugt, während sie dennoch allen Erfordernisse des thermischen Zyklierens genügt, wie sie in den "USCAR"-Standards festgelegt sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die oben dargelegten Bedenken werden durch Gaserzeuger beseitigt, die Gaserzeugungszusammensetzung enthalten, welche einen Brennstoff wie BTA-1NH3 und ein Oxidationsmittel wie phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat einschließen. Der Gaserzeuger enthält ein separates Additiv oder einen Verunreinigungs-Fänger wie Molekularsiebe. Das separate Additiv ist ein Adsorptionsmittel oder Absorptionsmittel, das innerhalb des Gaserzeugers enthalten ist, um das Abfangen jeglicher Feuchtigkeit oder flüchtiger Verbindungen zu erleichtern, wenn sie sich innerhalb des Treibmittel-Lagers entwickeln oder auftreten. Es ist gefunden worden, dass die Zugabe von Adsorptionsmittel oder Absorptionsmittel wie Molekularsieben zu Verbindungen führt, die nun imstande sind den Prüfungen des thermischen Zyklierens/Thermoschock standzuhalten, welche von den "USCAR"-Standards gefordert werden.
Die Verwendung bestimmter Additive, bevorzugt Zeolithe wie Molekularsiebe, Calciumsulfat (Drierite^TM) oder Cal ciumoxid kann mit der Zeit auftretende Verunreinigungen innerhalb des Gasgenerators minimieren und in einigen Fällen eliminieren. Insbesondere Molekularsiebe arbeiten so, dass sie Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen in Gegenwart relativ hoher Temperaturen wie 107 Grad Celsius besser abfangen, wodurch eine vorhersehbare Leistung assoziierter Gasgeneratoren sichergestellt wird. Anders ausgedrückt, halten Molekularsiebe Feuchtigkeit/Verunreinigungen bei erhöhten Temperaturen von mindestens einer Höhe von 107 Grad Celsius zurück, wodurch gleichbleibende Vorhersehbarkeit der Leistung von Gasgeneratoren erleichtert wird, welche einen Typ oder mehr Typen dieser Additive einschließen.
Dementsprechend schließt die vorliegende Erfindung einen Gaserzeuger ein, der eine Gaserzeugungszusammensetzung und ein Fänger-Additiv einschließt, das innerhalb des Gaserzeugers in heterogener Beziehung zu der Gaserzeugungszusammensetzung und in Dampf/Gas-Kommunikation damit bereitgestellt wird.
In weiterer Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden ein Gaserzeuger und ein Fahrzeuginsassenschutzsystem, welche die Gaserzeugungszusammensetzung und Fänger-Additive einschließen, auch eingeschlossen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsseitenansicht, welche die allgemeine Struktur eines Gasgenerators in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeuginsassenrückhaltesystems, welches eine Gaserzeugungszusammensetzung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthält.
3 ist eine graphische Darstellung ballistischer Leistung eines Gasgenerators, der kein Additiv wie ein Adsorptionsmittel oder Absorptionsmittel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthält.
4 ist eine graphische Darstellung ballistischer Leistung eines Gasgenerators, der ein Additiv wie ein Adsorptionsmittel oder Absorptionsmittel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthält.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung schließt einen Gaserzeuger oder ein Gaserzeugungssystem ein, der beziehungsweise das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Additiv einschließt, das separat ist von und fungiert als Zusatz zu Gaserzeugungszusammensetzungen, die BTA-1NH3 oder andere Brennstoffe enthalten, der, wenn er in relativ geringen Mengen hinzugefügt wird, die Treibmittelkörner stabilisiert, wenn sie dem thermischen Zyklieren oder Thermoschock-Konditionierung ausgesetzt werden, wie es für die Verwendung in der Automobilindustrie verlangt wird. Diese Zubereitungen enthalten allgemein die unten beschriebenen Bestandteile, obwohl auch andere Bestandteile, die im Stand der Technik bekannt sind, eingesetzt werden können.
Wie in 1 gezeigt, ist das Gaserzeugungsmittel 12 in einer Gaserzeugungsmittelkammer 14 des Gasgenerators 10 enthalten. Das Fänger-Additiv 16 ist mit dem Gaserzeugungsmittel 12 vermischt oder in heterogener Beziehung auf diese gestreut. Es sollte hervorgehoben werden, dass das Additiv 16 nicht direkt mit dem Gaserzeugungsmittel 12 gemischt sein muss, sondern stattdessen dem Lager hinzugefügt wird, um unabhängig vom Gaserzeugungsmittel 12 zu arbeiten, wodurch es verschiedene Verunreinigungen und Feuchtigkeit zum Beispiel aufgrund der mit der Zeit auftretenden Zersetzung abfängt.
Erfindungsgemäße Gaserzeugungszusammensetzungen enthalten ein erstes Oxidationsmittel, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Nichtmetall- und Metallnitratsalze wie Ammoniumnitrat, phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat, Kaliumnitrat, Strontiumnitrat; Nitritsalze wie Kaliumnitrit; Chloratsalze wie Kaliumchlorat; Metall- und Nichtmetallperchloratsalze wie Kalium- oder Ammoniumperchlorat; Oxide wie Eisenoxid und Kupferoxid; basische Nitratsalze wie basisches Kupfernitrat und basisches Eisennitrat und deren Mischungen einschließt. Das erste Oxidationsmittel wird allgemein in ungefähr 0,1–80 Gewichts-% der Gaserzeugungszusammensetzung, und stärker bevorzugt in ungefähr 10–70 Gewichts-% bereitgestellt.
Ein optionales sekundäres Oxidationsmittel kann auch innerhalb der Gaserzeugungszusammensetzungen bereitgestellt werden, und ist ausgewählt aus den oben beschriebenen Oxidationsmitteln, und wenn es eingeschlossen ist, wird es allgemein in ungefähr 0,1–50 Gewichts-%, und stärker bevorzugt in ungefähr 0,1–30 Gewichts-% bereitgestellt. Der gesamte, kombinierte Oxidationsmittel-Bestandteil wird gleichwohl nur in ungefähr 0,1–80 Gewichts-% der Gaserzeugungszusammensetzung bereitgestellt.
Die Gaserzeugungszusammensetzung enthält einen ersten oder primären Brennstoff, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die Derivate von Bis-(1(2)H-tetrazol-5-yl)-amin, einschließlich seiner wasserfreien Säure und seinem Säuremonohydrat, Mono-ammoniumsalz von Bis-(1(2)H-tetrazol-5-yl)-amin, Metallsalze von Bis-(1(2)H-tetrazol-5-yl)-amin einschließlich der Kalium-, Natrium-, Strontium-, Kupfer-, Bor-, Zinksalze von BTA-1NH3, und deren Komplexe; Azole wie 5-Aminotetrazol; Metallsalze von Azolen wie Ka lium-5-aminotetrazol; Nichtmetallsalze von Azolen wie Mono- oder Di-ammoniumsalz von 5,5'-bis-1-H-tetrazol; Nitratsalze von Azolen wie 5-Aminotetrazolnitrat; Nitraminderivate von Azolen wie 5-Nitraminotetrazol; Metallsalze von Nitraminderivaten von Azolen wie Dikalium-5-nitraminotetrazol; Nichtmetallsalze von Nitraminderivaten von Azolen wie Mono- oder Di-ammonium-5-nitraminotetrazol und Guanidine wie Dicyandiamid; Salze von Guanidinen wie Guanidinnitrat; Nitroderivate von Guanidinen wie Nitroguanidin; Azoamide wie Azodicarbonamid; Nitratsalze von Azoamiden wie Azodicarbonamidindinitrat und deren Mischungen einschließt, und wird allgemein in ungefähr 0,1–50 Gewichts-%, stärker bevorzugt in 0,1–30 Gewichts-% bereitgestellt.
Die Gaserzeugungszusammensetzung kann auch ein optionales Additiv enthalten, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die Silikonverbindungen; elementares Silicium; Siliciumdioxid; hochdisperses Siliciumdioxid; Silikone wie Polydimethylsiloxan; Silikate wie Kaliumsilikate; natürliche Mineralien wie Talk und Ton; Schmiermittel wie Graphitpulver oder -fasern, Magnesiumstearat, Bornitrid, Molybdänsulfid und deren Mischungen einschließt; und wenn es eingeschlossen ist, wird es allgemein in ungefähr 0,1–10%, und stärker bevorzugt in ungefähr 0,1–5% bereitgestellt.
Ein optionales Bindemittel kann in die Gaserzeugungszusammensetzung eingeschlossen sein und ist ausgewählt aus der Gruppe von Cellulosederivaten wie Celluloseacetat, Celluloseacetatbutyrat, Carboxymethylcellulose, Salzen von Carboxymethylcellulose, Carboxymethylcelluloseacetatbutyrat; Silikon; Polyalkencarbonaten wie Polypropylencarbonat und Polyethylencarbonat und deren Mischungen, und wenn es eingeschlossen ist, wird es allgemein in un gefähr 0,1–10%, und stärker bevorzugt in ungefähr 0,1–5% bereitgestellt.
Alle hierin beschriebenen Prozentsätze der Bestandteile werden als Gewichtsprozent eines Gaserzeugungsmittel-Gesamtgewichts angegeben.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist das Fänger-Additiv 16 irgendein Additiv, das Wasser und/oder andere flüchtige Stoffe, die für die Stabilität oder Leistung von Gaserzeugungsmittel und Aufblasvorrichtungen nachteilig sind, absorbiert oder adsorbieren wird oder damit chemisch reagieren wird. Typische Verbindungen wie Kohlenmonoxid, Stickstoffoxide, Ammoniak, Chlor, Cyansäure, Chlorite und Säuren wie HONO und Chlorsäure werden freigesetzt, wenn das Treibmittel altert. Ein Beispiel eines Absorptionsmittels schließt Calciumsulfat ein, da es ein Hydrat bildet. Ein Adsorptionsmittel kann ausgewählt sein aus Molekularsieben, Montmorillonit-Ton, anderen Zeolithen, Kieselgel und deren Mischungen, weil diese Verbindungen H₂O und NO_x adsorbieren und zurückhalten können. Molekularsiebe sind wegen ihres erhöhten Vermögens Feuchtigkeit/Verunreinigungen bei relativ höheren Temperaturen zurückzuhalten bevorzugt, wodurch sichergestellt wird, dass sie nicht die Verbrennungsreaktion der Gaserzeugungszusammensetzung beeinträchtigen. Ein Beispiel eines chemischen Reaktanten ist Calciumoxid, weil es mit Wasser reagieren wird, um stabile, feste Produkte zu bilden. Das Fänger-Additiv 16 wird allgemein in ungefähr 0,1–10 Gewichts-%, und stärker bevorzugt in ungefähr 0,1–5 Gewichts-% des Gesamtgewichts des Gaserzeugungsmittels bereitgestellt.
Gleichwohl wird gewürdigt werden, dass erfindungsgemäße Gaserzeuger bevorzugt wenigstens ein Mol oder mehr Mole Fänger-Additiv pro Mol im Lauf der Zeit entwickelter Ver unreinigung enthalten. Dementsprechend kann jede Gaserzeugungszusammensetzung auf iterativer Basis in Bezug darauf evaluiert werden, welche Mengen Verunreinigungen/flüchtige Stoffe/Feuchtigkeit sich entwickeln wird oder sich im Laufe der Zeit zersetzen wird, und die Menge an Additive kann dann bestimmt werden. In der Praxis, ob wohl es nicht erforderlich ist, sollte das Fänger-Additiv in überschüssiger Menge bereitgestellt werden, wodurch sichergestellt wird, dass jedes Mol flüchtiger Stoff/Verunreinigung/Feuchtigkeit entweder adsorbiert, absorbiert oder mit dem Additiv umgesetzt wird, wodurch die Integrität der Gaserzeuger-Leistung bei Verbrennung des Gaserzeugungsmittels sichergestellt wird. Die oben angegebenen Mengen in Gewichtsprozent sind mit Blick auf diesen Ansatz konzipiert worden.
Ein optionales Bindemittel ist ausgewählt aus der Gruppe von Cellulosederivaten wie Celluloseacetat, Celluloseacetatbutyrat, Carboxymethylcellulose, Salzen von Carboxymethylcellulose, Carboxymethylcelluloseacetatbutyrat; Silikon; Polyalkencarbonaten wie Polypropylencarbonat und Polyethylencarbonat und deren Mischungen, und wenn es eingeschlossen ist, wird es allgemein in ungefähr 0,1–10%, und stärker bevorzugt in ungefähr 0,1–5% bereitgestellt.
Alle hierin beschriebenen Prozentsätze der Bestandteile werden als Gewichtsprozent eines Gaserzeugungsmittel-Gesamtgewichts angegeben.
Es ist bestimmt worden, dass die Zugabe kleiner Mengen von Adsorptionsmittel oder Absorptionsmittel zu diesen Zubereitungen ein Gaserzeugungsmittel bereitstellt, das alle oben aufgeführten vorteilhaften Eigenschaften besitzt, und, was noch wichtiger ist, stabile ballistische Leistung zeigt, wenn es dem thermischen Zyklieren oder der Thermoschock-Konditionierung ausgesetzt wird.
Das Monoammoniumsalz von BTA-1NH3 zeigt, wenn es mit PSAN kombiniert wird, viele vorteilhafte Eigenschaften zur Verwendung in Automobilinsassenrückhaltesystemen und vereinigt sich, um bevorzugte Gaserzeugungszusammensetzungen zu bilden. BTA-1NH3 ist ein hochenergetischer, hoch Stickstoff-haltiger Brennstoff, der exzellente Stabilität und sehr vorteilhafte Grade an Hygroskopizität und Empfindlichkeit zeigt. Die Eigenschaften von Ammoniumnitrat und Kaliumnitrat zum Beispiel sind durchweg in der Treibmittelindustrie wohlbekannt. PSAN insbesondere zeigt keine Empfindlichkeit, wenn es Stoss, Reibung oder elektrostatischen Entladungsreizen ausgesetzt wird.
BEISPIEL 1:
Um Vergleichszusammensetzungen zu bilden, werden Trockenmischungen von Zubereitungen, welche die verschiedenen oben beschriebenen Bestandteile enthalten, auf bekannte Weise hergestellt. Das trockene Material (das weniger als 0,2 Massen-% Feuchtigkeit enthält) wurde dann tablettiert, in Gasgeneratoren geladen und der "USCAR"-Thermoschock-Konditionierung (200 Zyklen, –40°C bis 90°C) unterworfen. Diese Zubereitungen zeigten einen Anstieg der aggressiven ballistischen Leistung, wenn sie bei 85°C ausgelost werden.
Dann wurde das gleiche Verfahren verwendet, um Gaserzeugungsmittel herzustellen, welche die verschiedenen, oben beschriebenen Bestandteile enthalten, und eine kleine Menge Additiv wurde jedem Gasgenerator hinzugefügt. Ein Verhältnis von 100:1 in Bezug auf Masse des Gaserzeugungsmittels zu Additiv wurde verwendet. Das eingesetzte Additiv war Molekularsieb vom Typ "13X" aufgrund seiner Tendenz chemisch inert zu sein und seiner Befähigung Feuchtigkeit und andere flüchtige Stoffe abzufangen und diese Verunreinigungen bei relativ höheren Temperaturen wie 107 Grad Celsius zurückzuhalten. Das Gaserzeugungsmittel enthielt wenig Feuchtigkeit (weniger als 0,2 Massen-%). Nach der "USCAR"-Thermoschock-Konditionierung wurde gefunden, dass die ballistische Leistung der Gasgeneratoren nahezu identisch war mit den Grundlinien-Gasgeneratoren. Das Gaserzeugungsmittel enthielt nahezu exakt die gleiche Menge Feuchtigkeit nach der Konditionierung wie vor der Prüfung. Der Anstieg der ballistischen Stabilität aufgrund der Zugabe von Molekularsieben ist etwas kontraintuitiv, da es scheinbar kein Phänomen ist, das mit Feuchtigkeit in Beziehung steht. Dieses unerwartete Ergebnis bei der Verwendung von Additiven wie Molekularsieben ist wiederholbar und bringt ein neues Verfahren der Stabilisierung von Gaserzeugungsmitteln hervor, die ansonsten für die Verwendung in der Automobilindustrie als ungeeignet erachtet wurden.
BEISPIELE 2 und 3:
Eine Zusammensetzung wurde durch Kombinieren von 72,53% PSAN, 27,22% BTA-1NH3 und 0,25% hochdispersem Siliciumdioxid "M5" und 10 Minuten langem Mahlen mit keramischem Material in einer "Sweco Vibrationsmühle" hergestellt. Dieses Pulver wurde dann zu Tabletten mit einem Durchmesser von ¼" und einer Dicke von 0,125" gepresst. Fahrerseiten-Gasgeneratoren wurden mit 25,0 g dieses gepressten Gaserzeugungsmittels in zwei verschiedenen Konfigurationen aufgebaut: eine enthielt keine Fänger-Additive; die andere enthielt 0,25 g "13X"-Zeolith in Form von 8-12-Mesh Perlen, die direkt in die Gaserzeugungsmittelkammer geschüttet wurden, wodurch das Additiv in heterogener Beziehung mit der Gaserzeugungszusammensetzung gemischt wurde. Die Gasgeneratoren wurden verschlossen und den "USCAR"-Thermoschock-Bedingungen (200 Thermoschock-Zyklen zwischen –40°C und +90°C) ausgesetzt. Gasgeneratoren wurden nach 50 Zyklen, 100 Zyklen und 200 Zyklen entnommen. Alle Gasgeneratoren wurden bei +85°C geprüft und mit den Grundlinien-Ergebnissen verglichen.
Ohne die Zugabe von "13X"-Zeolith, und wie in 3 gezeigt, zeigten die ballistischen Kurven, dass Veränderungen in dem Gaserzeugungsmittel nach 50 Zyklen auftraten. Nach 100 Zyklen war die ballistische Leistung sehr aggressiv und erfüllte nicht die "USCAR"-Anforderungen. Nach 200 Zyklen war die ballistische Leistung so aggressiv, dass der Gasegenerator aufgrund des extrem hohen Innendrucks barst.
Mit der Zugabe von 0,25 g "13X"-Zeolith lagen alle Gasgeneratoren im gleichen Bereich wie die Grundlinienkurve, oder der Gasgenerator war nicht der Thermoschock-Prüfung unterworfen worden und bestand die "USCAR"-Anforderungen deshalb leicht. Die ballistischen Kurven werden in 4 gezeigt.
Wie in 1 gezeigt, schließt ein beispielhafter Gasgenerator ein Doppelkammerdesign ein, um die Kraft der Entfaltung eines assoziierten Airbags genau anzupassen. Allgemein kann ein Gasgenerator oder Gaserzeuger 10, der ein primäres Gaserzeugungsmittel 12 und ein Fänger-Additiv 16 enthält, das gebildet ist, wie es hierin beschrieben ist, hergestellt werden, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Die US-Patente der Nummern 6 422 601 , 6 805 377 , 6 659 500 , 6 749 219 und 6 752 421 veranschaulichen typische Airbag-Gasgeneratordesigns und werden alle hierin in ihrer Gesamtheit als Referenz einbezogen. Es wird gewürdigt werden, dass das Additiv 16 in Gas- oder Dampf-Kommunikation mit dem Treibmittel 12 vor der Verbrennung des Gaserzeugungsmittels 12 steht. Das Additiv 16 kann zum Beispiel, wie in 1 gezeigt, nebeneinander liegend mit dem Gaserzeugungsmittel 12 innerhalb der Gaser zeugungsmittelkammer 14, vermischt mit oder heterogen um das Gaserzeugungsmittel 12 angeordnet bereitgestellt werden.
Nun Bezug nehmend auf 2, kann der beispielhafte, oben beschriebene Gasgenerator 10 auch in ein Airbagsystem 200 eingeschlossen sein. Airbagsystem 200 schließt wenigstens einen Airbag 202 und einen Gasgenerator 10 ein, der eine Gaserzeugungszusammensetzung 12 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthält, gekoppelt an Airbag 202, um somit Fluidkommunikation mit einem Innenbereich des Airbags zu ermöglichen. Airbagsystem 200 kann auch einen Crashereignis-Sensor 210 einschließen (oder sich in Kommunikation damit befinden). Crashereignis-Sensor 210 schließt einen bekannten Crashsensor-Algorithmus ein, der das Auslösen von Airbagsystem 200 zum Beispiel über Aktivierung von Airbag-Gasgenerator 10 im Fall einer Kollision signalisiert.
Wieder Bezug nehmend auf 2 kann Airbagsystem 200 auch in ein umfassenderes, ausgedehnteres Fahrzeuginsassenrückhaltesystem 180 eingeschlossen sein, das zusätzliche Elemente wie eine Sicherheitsgurtanordnung 150 einschließt. 2 zeigt ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels eines solchen Rückhaltesystems. Sicherheitsgurtanordnung 150 schließt ein Sicherheitsgurtgehäuse 152 und einen Sicherheitsgurt 100 ein, der sich aus Gehäuse 152 erstreckt. Ein Sicherheitsgurtaufrollmechanismus 154 (zum Beispiel ein federbelasteter Mechanismus) kann an einen Endteil des Gurts gekoppelt sein. Zusätzlich kann ein Sicherheitsgurtstraffer 156, der Treibmittel 12 und Selbstzünder 14 enthält, an Gurtaufrollmechanismus 154 gekoppelt sein, um den Aufrollmechanismus im Fall einer Kollision auszulösen. Typische Sicherheitsgurtaufrollmechanismen, welche in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Sicherheitsgurt-Ausfüh rungsbeispielen verwendet werden können, werden in den US-Patenten der Nummern 5 743 480 , 5 553 803 , 5 667 161 , 5 451 008 , 4 558 832 und 4 597 546 beschrieben, die hierin als Referenz einbezogen werden. Veranschaulichende Beispiele typischer Straffer, mit welchen die erfindungsgemäßen Sicherheitsgurt-Ausführungsbeispiele kombiniert werden können, werden in den US-Patenten der Nummern 6 505 790 und 6 419 177 beschrieben, die hierin als Referenz einbezogen werden.
Sicherheitsgurtanordnung 150 kann auch einen Crashereignis-Sensor 158 (zum Beispiel einen Trägheitssensor oder einen Beschleunigungsmesser) einschließen (oder sich in Kommunikation damit befinden), der einen bekannten Crashsensor-Algorithmus einschließt, welcher das Auslösen von Gurtstraffer 156 zum Beispiel über die Aktivierung eines pyrotechnischen Zünders (nicht dargestellt) signalisiert, der in den Straffer eingeschlossen ist. Die US-Patente der Nummern 6 505 790 und 6 419 177 , die hierin vorher als Referenz einbezogen wurden, stellen veranschaulichende Beispiele von Straffern bereit, die auf eine solche Weise ausgelöst werden.
Es sollte gewürdigt werden, dass Sicherheitsgurtanordnung 150, Airbagsystem 200, und umfassender, Fahrzeuginsassenschutzsystem 180 Gaserzeugungssysteme veranschaulichen, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden, diese jedoch nicht begrenzen.
Die Gaserzeugungsmittel-Bestandteile können von Lieferanten wie "Sigma Aldrich" und "Fisher" bereitgestellt werden. Die Additive können auch von wohlbekannten Lieferanten bezogen werden. Zum Beispiel können die Molekularsiebe von "Sigma Aldrich" bezogen werden. Weiterhin können die Molekularsiebe zum Beispiel in der Kategorisierung "3A", "4A", "5A" und "13X" in Perlen- oder Pulverform in 4-8- oder 8-12-Mesh bereitgestellt werden. "13X" ist insbesondere bevorzugt.
Es sollte weiterhin verständlich sein, dass das Vorangehende lediglich eine detaillierte Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele dieser Erfindung ist, und dass zahlreiche Änderungen an den offenbarten Ausführungsbeispielen in Übereinstimmung mit der Offenbarung hierin vorgenommen werden können, ohne dass vom Geltungsbereich der Erfindung abgewichen wird. Die vorangehende Beschreibung ist deshalb nicht dazu bestimmt, den Geltungsbereich der Erfindung zu begrenzen. Stattdessen ist der Geltungsbereich der Erfindung nur mittels der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente zu bestimmen.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung schließt einen Gaserzeuger 10 ein, der eine Gaserzeugungszusammensetzung 12 und ein Fänger-Additiv 16 in heterogener aber Dampf/Gas-Kommunikation mit der Gaserzeugungszusammensetzung 12 einschließt. Das Fänger-Additiv hält Feuchtigkeit/Verunreinigungen zurück, die sich üblicherweise im Lauf der Zeit bei relativ höheren Temperaturen entwickeln. Die vorliegende Erfindung schließt weiterhin ein Gaserzeugungssystem 180 ein, das den Gaserzeuger 10 einschließt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6422601 [0038]
- US 6805377 [0038]
- US 6659500 [0038]
- US 6749219 [0038]
- US 6752421 [0038]
- US 5743480 [0040]
- US 5553803 [0040]
- US 5667161 [0040]
- US 5451008 [0040]
- US 4558832 [0040]
- US 4597546 [0040]
- US 6505790 [0040, 0041]
- US 6419177 [0040, 0041]

Claims

Gaserzeuger, umfassend: eine Gaserzeugungszusammensetzung, die ein erstes Oxidationsmittel und einen ersten Brennstoff umfasst; und ein Fänger-Additiv, ausgewählt aus Adsortionsmitteln, Absorptionsmitteln, chemischen Reaktanten und deren Mischungen, wobei das genannte Fänger-Additiv in Dampf/Gas-Kommunikation mit der genannten Gaserzeugungszusammensetzung innerhalb des genannten Gaserzeugers, in heterogener Beziehung mit der genannten Gaserzeugungszusammensetzung bereitgestellt wird.
Gaserzeuger nach Anspruch 1, worin das genannte erste Oxidationsmittel ausgewählt ist aus Metall- und Nichtmetallnitraten; Metallnitriten, Metall- und Nichtmetallperchloraten, Metalloxiden, basischen Metallnitraten, wobei das genannte erste Oxidationsmittel in ungefähr 0,1 bis 80 Gewichts-% der Gaserzeugungszusammensetzung bereitgestellt wird.
Gaserzeuger nach Anspruch 1, worin der genannte erste Brennstoff ausgewählt ist aus Derivaten von Bis-(1(2) H-tetrazol-5-yl)-amin einschließlich seiner wasserfreien Säure, seinem Säuremonohydrat, Mono-ammoniumsalz von Bis-(1(2)-H-tetrazol-5-yl)amin, Metallsalzen und Komplexen davon; Azolen, Metallsalzen von Azolen, Nichtmetall- und Metallsalzen von Nitraminderivaten von Azolen; Guanidinen; Salzen von Guanidinen; Nitroderivaten von Guanidinen; Azoamiden; Nitratsalzen von Azoamiden und deren Mischungen; wobei der genannte zweite Brennstoff in ungefähr 0,1–50 Gewichts-% der Gaserzeugungszusammensetzung bereitgestellt wird.
Gaserzeuger nach Anspruch 1, worin die genannten Adsorptionsmittel, Absorptionsmittel, chemischen Reaktanten und deren Mischungen ausgewählt sind aus der Gruppe, die Molekularsiebe, Zeolithe, Calciumoxid und Calciumsulfat einschließt.
Gaserzeuger nach Anspruch 1, worin die genannte Gaserzeugungszusammensetzung weiterhin ein zweites Additiv umfasst, das ausgewählt ist aus Silicium, Siliciumdioxid, hochdispersem Silicium, Silikonen; Silikaten; natürlichen Mineralien einschließlich Ton, Glimmer und Quarz; Schmiermitteln einschließlich Graphit, Magnesiumstearat, Bornitrid, Molybdänsulfid und deren Mischungen, wobei das genannte zweite Additiv in ungefähr 0,1 bis 10 Gewichts-% der Gaserzeugungszusammensetzung bereitgestellt wird.
Gaserzeuger nach Anspruch 1, worin das genannte Fänger-Additiv in ungefähr 0,05 bis 10 Gewichts-% der Gaserzeugungszusammensetzung bereitgestellt wird.
Gaserzeuger nach Anspruch 1, worin die genannte Gaserzeugungszusammensetzung weiterhin ein Bindemittel umfasst, das ausgewählt ist aus Cellulosederivaten, Polyalkencarbonaten und deren Mischungen, wobei das Bindemittel in ungefähr 0,1 bis 10 Gewichts-% der Gaserzeugungszusammensetzung bereitgestellt wird.
Gaserzeugungssystem, das den Gaserzeuger nach Anspruch 1 umfasst.
Fahrzeuginsassenschutzsystem, das den Gaserzeuger nach Anspruch 1 umfasst.
Gaserzeuger nach Anspruch 1, worin die genannte Gaserzeugungszusammensetzung das Mono-ammoniumsalz von Bis-(1(2)-H-tetrazol-5-yl)-amin in ungefähr 0,1 bis 50 Gewichts-% der Gaserzeugungszusammensetzung, phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat in ungefähr 0,1 bis 80 Gewichts-% der Gaserzeugungszusammensetzung und Molekularsiebe umfasst, die in ungefähr 0,1 bis 10 Gewichts-% der Gaserzeugungszusammensetzung bereitgestellt werden.
Gaserzeuger nach Anspruch 1, worin die genannten ersten Oxidationsmittel ausgewählt sind aus Ammoniumnitrat, phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat, Kaliumnitrat, Strontiumnitrat, Kaliumnitrit, Kaliumchlorat, Kaliumperchlorat, Ammoniumperchlorat, Eisenoxid, Kupferoxid, basischem Kupfernitrat, basischem Eisennitrat und deren Mischungen.
Gaserzeuger nach Anspruch 1, worin der genannte erste Brennstoff ausgewählt ist aus einem Kalium-, Natrium-, Strontium-, Kupfer-, Bor- und Zinksalz von Bis-(1(2)H-tetrazol-5-yl)-amin; 5-Aminotetrazol; Kalium-5-aminotetrazol; Mono-ammoniumsalz von 5,5-Bis-1-H-tetrazol und Di-ammoniumsalz von 5,5-Bis-1H-tetrazol; 5-Aminotetrazolnitrat; Nitraminotetrazol; Dikalium-5-nitraminotetrazol; Mono-ammoniumnitraminotetrazol und Di-ammoniumnitraminotetrazol; Dicyandiamid; Guanidinnitrat; Nitroguanidin; Azodicarbonamid, Azodicarbonamidin-di-nitrat und deren Mischungen.