DE20121826U1 - Selbstzündende Zusammensetzung für Gasentwickler - Google Patents
Selbstzündende Zusammensetzung für GasentwicklerInfo
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Description
25. März2003 ' * ll.. ·".'··· Müller-Bore & Partner
Anmelder: Breed Automotive Technology, Inc.
"Selbstzündende Zusammensetzung für Gasentwickler"
Unser Zeichen: B 2151 - ru / ri
"Selbstzündende Zusammensetzung für Gasentwickler"
Unser Zeichen: B 2151 - ru / ri
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Gasentwickler bzw. Gasentwicklungsvorrichtungen bzw. Gaserzeuger, die zum Aufblasen bzw. Entfalten von Fahrzeugairbags verwendet werden, und insbesondere die Selbstzündung von gasentwickelnden oder Zündungsverstärkenden Materialien.
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Aufblasbare Insassenrückhaltesysteme (Airbags) wurden entwickelt, um Fahrzeuginsassen im Falle eines Aufpralls durch das rasche Aufblasen bzw. Entfalten eines Kissen bzw. Polsters oder Sacks zwischen dem Fahrzeuginsassen und dem Inneren bzw. Inneneinrichtungen des Fahrzeugs zu schützen. Ein aufgeblasener Airbag verringert die Verletzung, die ein Fahrzeuginsasse bei einem Aufprall erleidet, dadurch, daß der Fahrzeuginsasse eher mit einem aufblasbaren Kissen bzw. Polster als mit harten Oberflächen des Inneren bzw. der Inneneinrichtung des Fahrzeugs kollidiert. Das aufblasbare Kissen bzw. Polster oder der aufblasbare Airbag absorbiert einen großen Anteil der Energie des Fahrzeuginsassen während eines Aufpralls, um dem Fahrzeuginsassen eine stufenweise und kontrollierte Verzögerung während eines Aufpralls zu ermöglichen.
Ein typisches Verfahren zum Aufblasen eines Airbags ist eines mit einem Gasentwickler, der durch eine exotherme Reaktion eines Brennstoffs und eines Oxidationsmittels Gas bildet. Während eines Aufpralls mit einer beträchtlichen Größenordnung wird ein elektrisches Signal von einer oder mehreren Aufprallmeßvorrichtungen zu einem Aufblaszünder gesendet. Die Initiierung des Zünders löst eine Reihe chemischer Reaktionen in der Aufblasvorrichtung bzw. dem Inflator aus, in der/dem Gas zum Aufblasen des Airbags rasch gebildet wird.
Die Aufblasvorrichtung bzw. der Inflator kann aussergewöhnlich hohen Temperaturen, beispielsweise während eines Feuers bzw. Brands beim Transport,
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ausgesetzt sein. Während eines Fahrzeugbrands wird die Stärke bzw. Festigkeit und die strukturelle Integrität des Gehäuses abnehmen. Wenn die Temperatur steigt, nimmt die Abbrennrate des pyrotechnischen Materials zu, was auch eine Zunahme des Kammerdrucks verursachen wird.
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Bei erhöhten Temperaturen kann darüber hinaus das Gasentwicklungsmittel schmelzen oder sich zersetzen und instabil werden, was in einem Verlust der ballistischen Kontrolle resultieren kann, und einen Überdruck bewirken kann. Wenn ein Fahrzeug in einen Brand verwickelt ist, kann die Zündung der gasentwickelnden Zusammensetzung daher zu einem Überdruck und einem Verlust der ballistischen Kontrolle führen, was in einer strukturellen Störung bzw. Veränderung des Gehäuses der Aufblasvorrichtung resultieren könnte.
Um die potentiell gefährliche Situation einer Störung bzw. Veränderung des Gehäuses der Aufblasvorrichtung zu überwinden, werden selbstzündende Materialien verwendet, die bei einer niedrigeren Temperatur als der Temperatur spontan verbrennen oder zünden, die zu einer Störung des Gehäuses der Aufblasvorrichtung aufgrund eines Überdrucks führen könnte. Wenn das selbstzündende Material spontan zündet, zündet aufgrund der entwickelten Wärme das Gasentwicklungsmittel oder ein Verstärkungs- bzw. Boostermaterial und die Aufblasvorrichtung bzw. der Inflator funktioniert normal. Daher wird das gasentwickelnde Material gezündet, wenn eine vorausgewählte Temperatur erreicht wird, welche unterhalb der Temperatur liegt, bei der sich das gasentwickelnde Material in einer unvorhersehbaren Art und Weise verhalten würde.
Die Anzahl selbstzündender Zusammensetzungen, welche im Stand der Technik verfügbar sind, ist beschränkt und schließt teilweise Nitrocellulose und Gemische von Kaliumchlorat und Zucker ein. Rauchloses bzw. rauchfreies Pulver oder Schießpulver sind Substanzen auf Basis von Nitrocellulose, die sich bei ungefähr 177°C (ca. 3500F) selbst entzünden. Ein Problem bei Verwendung von Schießpulvern für selbstzündende Materialien besteht darin, daß diese Materialien granuliert sind bzw. granulär vorliegen und vor dem Anordnen bzw. Einbauen in die
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Aufblasvorrichtung verpackt werden müssen. Das Verpacken der Materialien auf Basis von Nitrocellulose in einen Behälter zur Selbstzündung macht das Herstellungs-verfahren aufgrund eines zusätzlichen Verfahrenszwischenschritts kompliziert.
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US 4,561,675 beschreibt ein selbstzündendes Material, welches in einem Behälter benachbart zu der Aufblasvorrichtung bzw. dem Inflator angeordnet ist. Das selbstzündende Material ist ein rauchloses bzw. rauchfreies Pulver, welches bei ungefähr 176°C (ca. 35O0F) zündet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das rauchfreie Gewehrpulver ("smokeless rifle powder") IMR 4895, welches größtenteils aus Nitrocellulose aufgebaut ist.
US 4,858,951 beschreibt kleine Körner eines selbstzündenden Materials, welches körperlich mit einem Verstärkungsmaterial (Boostermaterial) gemischt ist, so daß bei einer vorbestimmten Temperatur das selbstzündende Material spontan zünden wird. Dieser Umstand bewirkt, daß das Verstärkungsmaterial zünden wird, was dann wiederum das Gasentwicklungsmittel bzw. den Gaserzeuger zünden wird. Das bevorzugte selbstzündende Material ist ein rauchfreies Pulver und das Verstärkungsmaterial ist ein Gemisch aus Borkaliumnitrat, Titanhydrid und Kaliumperchlorat.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbstzündendes Material zur Zündung eines Gasentwicklungsmittels bei einer vorbestimmten Temperatur. Das selbstzündende Material umfaßt 70 Gew.-% bis 95 Gew.-% Nitrocellulose und 5 Gew.-% bis 30 Gew.-% eines inerten Plastifizierungsmittels bzw. Weichmachers und ist kein rauchfreies Pulver. Nach Exponierung des Gehäuses der Aufblasvorrichtung bzw. des Inflators einer übermäßigen Wärme, zündet das selbstzündende Material spontan das Verstärkungs- bzw. Boostermaterial oder das Gasentwicklungsmittel, was dann wiederum die Aufblasvorrichtung bzw. den Inflator sicher entfaltet.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das selbstzündende Material eher ein "monolithisches" Korn als ein granuläres Material ist. Die
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Verwendung eines monolithischen selbstzündenden Materials ermöglicht erne signifikante Verringerung der Herstellungskosten, da ein Unteraufbau eines selbstzündenden Materials nicht erforderlich ist. Das monolithische Korn in der beanspruchten Erfindung muß nicht verpackt werden und kann direkt in das Gehäuse der Aufblasvorrichtung bzw. des Inflators eingebaut werden.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann mit Kenntnissen auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung durch Lesen der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figur der beigefügten Zeichnung, die eine Querschnittsansicht der gasbildenden Vorrichtung ist, klar.
Eine Querschnittsansicht eines beispielhaften pyrotechnischen Inflators bzw. einer beispielhaften pyrotechnischen Aufblasvorrichtung 10 ist in Fig. 1 gezeigt. Ein elektrisches Signal von einer oder mehreren Aufprallmeßvorrichtungen (nicht gezeigt) wird an einen Zünder oder einen Zündungsinitiator 2 gesendet. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Zündungsinitiator" wird eine elektrische Vorrichtung verstanden, welche zwei Elektroden aufweist, die voneinander isoliert sind und durch eine Brücke verbunden sind, beispielsweise ein Draht oder eine Halbleiterbrücke. Typischerweise ist der Brückendraht bzw. verbrückende Draht in eine oder mehrere Schichten einer pyrotechnischen Zusammensetzung eingebettet, die entworfen wurde, um nach Aktivierung eine ausreichende Energie bereitzustellen, um die Verstärkungszusammensetzung 3 zu zünden. Es ist so zu verstehen, daß verschiedene auf dem Fachgebiet bekannte elektrische, elektronische, mechanische und elektro-mechanische Zünder bzw. Initiatoren in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Wenn aktiviert, zündet der Zünder den Verstärker bzw. Booster, der dann wiederum das Gasentwicklungsmittel zündet. Die Formulierungen des Gasentwicklungsmittels umfassen einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel. Der Brennstoff kann aus der Gruppe, umfassend Natriumazid, Tetrazole (z.B. Aminotetrazol), Bitetrazole, Mineralsalze von Tetrazolen, 1,2,4-Triazol-5-on, Guanidinnitrat, Nitroguanidin, Aminoguanidinnitrat und ähnliche, ausgewählt werden. Ein Grundmaterial des Oxidationsmittels kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei einige davon Alkalimetall- und Erdalkalimetallnitrate,
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&eacgr;&ogr;'&idiagr;
-chlorate, -oxide, -perchlorate und Ammoniumnitrat einschließen.
Das durch die chemische Reaktion des Gasentwicklungsmittels gebildete Gas tritt durch einen gewirkten Drahtfilter 5 und eine perforierte Röhre 17 und tritt anschließend in eine ringförmige bzw. annulare Kammer 6 ein. Die Öffnungen 7 in dem Metallgehäuse 8 sind mit einer Berstfolie 9 aus rostfreiem Stahl verschlossen. Das Gehäuse für den Inflator bzw. die Aufblasvorrichtung kann aus Stahl, Aluminium, Aluminiumlegierungen, rostfreien Stählen und ähnlichem hergestellt werden. Gehäuse der Aufblasvorrichtung werden üblicherweise aus Metall hergestellt, jedoch ist es für einen Fachmann geläufig, daß andere Materialien, wie Kunststoffe, Keramiken, Komposits und ähnliches, verwendet werden können, um ein Gehäuse herzustellen. Wenn der Druck innerhalb der Aufblasvorrichtung ein bestimmtes Ausmaß überschreitet, berstet die Folie 9 und das Gas verläßt die Aufblasvorrichtung bzw. den Inflator. Das Gas wandert bzw. strömt zu dem Airbag (nicht gezeigt), was bewirkt, daß sich der Airbag aufbläst bzw. entfaltet. Es wird jedoch verstanden, daß das hier beschriebene selbstzündende Material in jedem geeigneten Gehäuse für eine Aufblasvorrichtung verwendet werden kann.
Das selbstzündende Material 15 ist in enger Nähe zu der Verstärkungszusammensetzung 3 oder in einigen Fällen zu dem Gasentwicklungsmittel 4 angeordnet. Das selbstzündende Material ist ein Material, welches bei einer vorbestimmten Temperatur spontan verbrennen wird und dadurch die Verstärkungszusammensetzung oder das Gasentwicklungsmittel zündet, was in einer sicheren Funktionsweise des Gasentwicklungsmittels bei erhöhten Temperaturen resultiert. Daher kann das Gasentwicklungsmittel durch zwei verschiedene Wege gezündet werden, was den Zünder und das selbstzündende Material einschließt. Der Vorteil des Entfaltens eines Airbags während eines Brandes besteht darin, die Verbrennung des Gasenwicklungsmittels derart zu kontrollieren, daß sich der Inflator bzw. die Aufblasvorrichtung sicher entfalten kann. Ohne die Anwesenheit eines selbstzündenden Materials können Gasentwicklungsmittel bei einer gefährlich hohen Temperatur zünden und das Gehäuse des Inflators bzw. der Aufblasvorrichtung kann bersten. Eine Aufnahmevorrichtung 16 für das
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selbstzündende Material sichert das selbstzündende Material 15 gegen die Innenwand des Metallgehäuses 8, um sicherzustellen, daß ein angemessener bzw. geeigneter Wärmetransfer stattfindet, so daß sich ein selbstzündendes Material bei einer gewünschten Temperatur entzündet.
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Das selbstzündende Material der vorliegenden Erfindung kann in Fahrerseitenairgabaufblasvorrichtungen, Insassenseitenairbagaufblasvorrichtungen, Seitenaufprallaufblasvorrichtungen, Vorspannvorrichtungen und jedwedem anderen Gasentwickler verwendet werden. Ferner kann das selbstzündende Material die Verstärkungszusammensetzung in einer pyrotechnischen Aufblasvorrichtung genauso wie in einer Hybrid-Aufblasvorrichtung spontan zünden. Aufblasvorrichtungen mit der selbstzündenden Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung sind gegenüber einem Transport gesichert und erfüllen die Anforderungen des "USA Department of Transportation" hinsichtlich eines Verladene bzw. eines Transports.
Das selbstzündende Material gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Gemisch aus 70 Gew.-% bis 95 Gew.-% Nitrocellulose und 5 Gew.-% bis 30 Gew.-% eines inerten Plastifizierungsmittels bzw. Weichmachers. Das inerte Plastifizierungsmittel umfaßt eine oder mehrere der folgenden Chemikalien: Acetyltriethylcitrat, Dioctylphylat (Dioctylphthalat) und Dibutylphylat (Dibutylphthalat). Während der Anwendung wird das selbstzündende Material in einem Temperaturbereich von 175°C bis 1950C spontan Zünden oder Verbrennen. Das selbstzündende Material ist thermisch stabil, selbst wenn es breiten Temperaturbereichen ausgesetzt ist. Nitrocellulose wird sich auch selbst entzünden, wenn Feuchtigkeit in der Aufblasvorrichtung vorhanden ist.
Das selbstzündende Material der vorliegenden Erfindung ist ein sicheres monolithisches Material und erfordert keine Verpackung, bevor es der Gasaufblasvorrichtung zugeführt wird. Das selbstzündende Material ist nicht granuliert bzw. granulär oder ein Pulver. Da das selbstzündende Material ein einzelnes Korn ist, kann es in einer gewünschten Größe und Form hergestellt
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werden und erfordert daher keinen Unteraufbauschritt oder eine spezielle Handhabung vor dem Einbau in die Airbag-Aufblasvorrichtung. Für die vorliegende Erfindung werden die Ausgangsmaterialien von EXPRO Chemical Products, Inc., bezogen.
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Das selbstzündende Material gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von rauchfreiem Schießpulver. Das selbstzündende Material der vorliegenden Erfindung weist eine geringere Energie als ein rauchfreies Pulver auf, und weist eine absteigende bzw. abnehmende Abbrenncharakteristik auf. Einbasiges Schießpulver bzw. Schießpulver auf Basis von im wesentlichen einer Substanz weist typischerweise mehr als 98% Nitrocellulose auf, während das selbstzündende Material gemäß der vorliegenden Erfindung aus etwa 84% Nitrocellulose und einem nicht-energetischen Rest besteht. Auch ein einbasiges Schießpulver ist ein Pulver oder eine granuläre Substanz und muß vor dem Einbringen in eine Airbag-Aufblasvorrichtung verpackt werden. Die Zugabe eines inerten Plastifizierungsmittels zu der Nitrocellulose beseitigt die Notwendigkeit einer Verpackung des selbstzündenden Materials.
Die Zusammensetzung des selbstzündenden Materials ist in Tabelle 1 angegeben.
| Beschreibung | Menge (Gew.-%) |
| Nitrocellulose | 83,85% ± 1,0% |
| Acetyltriethylcitrat | 15,0% ±0,5% |
| Diphenylamin | 1,0% ±0,2% |
| Ruß | 0,15% (Maximum) |
| restliche Lösungsmittel | 2,7% (Maximum) |
| Feuchtigkeit | 1,5% (Maximum) |
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EXPRO Chemical Products, Inc., stellte die selbstzündenden Pellets durch Kombinieren all der Chemikalien aus Tabelle 1 her und extrudierte das Material anschließend in selbstzündende Pellets in Form gerader kreisförmiger Zylinder. Die Pellets wurden nicht perforiert und wiesen ein durchschnittliches Gewicht von 0,070 g ± 0,010 g auf. Die selbstzündenden Pellets wurden von EXPRO Chemical Products, Inc., bezogen.
Da das selbstzündende Pellet von EXPRO ein monolithisches Korn ist, wurde es direkt in der Aufnahmevorrichtung für das selbstzündende Material angeordnet. Die Aufnahmevorrichtung wurde anschließend in den Boden einer vollständig zusammengebauten pyrotechnischen Aufblasvorrichtung gepreßt.
Claims (4)
1. Selbstzündende Zusammensetzung zum Zünden eines Gasentwicklungsmaterials in einer Aufblasvorrichtung, bestehend im wesentlichen aus einem Gemisch aus:
a) etwa 70 Gew.-% bis 95 Gew.-% Nitrocellulose und
b) etwa 5 Gew.-% bis 30 Gew.-% eines inerten Plastifizierungsmittels, wobei das Plastifizierungsmittel aus der Gruppe, bestehend aus Acetyltriethylcitrat, Dioctylphthalat und Dibutylphthalat, ausgewählt ist, wobei sich die selbstzündende Zusammensetzung zwischen 175°C und 195°C selbst entzündet und eine Verbrennungseigenschaft aufweist.
2. Selbstzündende Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die selbstzündende Zusammensetzung ein monolithisches Korn ist.
3. Selbstzündende Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die selbstzündende Zusammensetzung bei einer niedrigeren Temperatur als der Temperatur, die eine Selbstzündung des Gasentwicklungsmittels bewirkt, spontan verbrennt.
4. Selbstzündende Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die selbstzündende Zusammensetzung bei hohen Temperaturen thermisch stabil ist.
Applications Claiming Priority (2)
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| US09/670,072 US6620269B1 (en) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | Autoignition for gas generators |
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