CH685699A5

CH685699A5 - Pyrochemische Zündkette in einem Gasgenerator.

Info

Publication number: CH685699A5
Application number: CH254493A
Authority: CH
Inventors: Erwin Caflisch; Joergen Bonnevie
Original assignee: Ems Patvag Ag
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1993-08-25
Publication date: 1995-09-15
Also published as: DE4429178A1; JPH07144991A; JP3007273B2; DE4429178C2

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine pyrochemische Zündkette in einem Gasgenerator mit einem, organometallischen Initialsprengstoff und einen ein elektrisches Zündmittel enthaltenden, gekapselten Zünder, welcher zumindest partiell in eine Übertragungsladung des Gasgenerators eingebettet ist.

Gasgeneratoren für Aufprallschutzsysteme (Air-bags) gemäss dem Oberbegriff sind bekannt (u.a. DE-C1 4 102 275). Es ist zudem aus der US-PS 5 109 772 bekannt, dass Bor-Kaliumnitrat = (BKNO3) ein schnelles Anzündmittel für pyrotechnischen Brennstoff ist und wird als solches für die Ausbreitung der Zündung von gaserzeugendem Material, für das Aufblasen von Airbags, verwendet. Um die gewünschte Wirkung zu erzielen, wird BKNO3 grossflächig entlang dem ganzen Gasgenerator verteilt aufgebracht; zudem sind gleichartig beschichtete Kammern bildende Scheiben vorgesehen. Dies wird durch Eintauchen der entsprechenden mechanischen Teile in einer wässrigen BKN03-Lösung mit anschliessendem Trocknungsvorgang erzielt. Gezündet wird diese Art Gasgenerator durch einen üblichen thermo-elek-trischen Zünder. Diese Konstruktion ist relativ aufwendig und voluminös und bewirkt lediglich eine verbesserte Flammverteilung eines bereits gezündeten Gasgenerators.

Im Zuge der technischen Weiterentwicklung von Airbags und pyrotechnischen Gurten-Straffern hat es sich gezeigt, dass die bekannten Systeme bei der Zündung Druckimpulse verursachen, welche sich auf die Gasausbreitung negativ auswirken und ein gewünschtes sanftes Aufblasen des Airbags störend beeinflussen bzw. mechanische Überbeanspruchungen verursachen. Das gleiche geschieht auch bei pyrotechnischen Gurten-Straffern, wo der Druckkolben zu rasch beaufschlagt wird.

Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche ausgehend von an sich bekannten Anordnungen, einen sanften Druckanstieg im Gasgenerator bewirkt, und zudem ein absolut zuverlässiges Zünden gewährleistet.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, dass in der Zündkapsel wenigstens zwei Initialsprengstoffe vorgesehen sind, wobei der zweite eine gegenüber dem ersten Initialsprengstoff reduzierte Brisanz aufweist, dass der erste Initialsprengstoff das Zündmittel umgibt und ein organometallischer Sprengstoff ist, dass der zweite Initialsprengstoff ein anorganisches Gemisch ist und dass beide Initialsprengstoffe in Schichtform gepresst und druckdicht eingekapselt sind.

Die erfinderische Lösung beruht auf einer Anpassung der Zündkette an die systemtechnisch günstige Detonationsgeschwindigkeit im Bereich der Initialzündung; als zweite und eventuell weitere Initialsprengstoff-Schichten eignen sich somit auch Sprengstoffe, die per se nicht als Initialsprengstoffe gelten.

Der Einsatz von zwei Initialsprengstoffen im Zünder bewirkt in praxi primär ein zuverlässiges Zünden der ersten Initialsprengstoff-Schicht und anschliessend eine Ausbreitung der Zündung, bei reduzierter Zündgeschwindigkeit in der zweiten, weniger brisanten Sprengstoff-Schicht.

Durch das gemeinsame Verpressen der beiden Sprengstoffschichten ergibt sich überraschenderwei-5 se die gewünschte Initialzündwirkung auch beim weniger brisanten Sprengstoff.

Bewährt hat sich der Einbau der Übertragungsladung oder zumindest von Komponenten der Übertragungsladung, wie sie im Gasgenerator vorgese-10 hen ist, gemäss Anspruch 2.

Besonders bewährt hat sich als zweiter Initialsprengstoff BKNO3, gemäss Anspruch 3, in ge-presster Form.

Bleitrizinat, entsprechend Anspruch 4, gibt die 15 notwendige Zündsicherheit, auch in Kombination mit wenig brisanten weiteren Sprengstoffen.

Es ist sinnvoll, die Verhältnisse der beiden Sprengstoffschichten nach den Angaben nach Anspruch 5 zu wählen, da einerseits der notwendige 20 Druckaufbau gewährleistet ist, und andererseits Druckstösse vermieden werden.

Zusätzlich kann das Mischungsverhältnis von BKNO3 nach den Angaben in Anspruch 6 an den gewünschten Druckverlauf angepasst und optimiert 25 werden.

Bevorzugte Korngrössen des Bleitrizinats, nach Anspruch 7, ergeben eine verbesserte Funktionssicherheit.

Die gezielte Auswahl der Korngrössen bzw. Kri-30 stalle der BKN03-Mischung dienen ebenfalls der Steigerung der Qualität des Anzündvorgangs.

Bevorzugt werden die Sprengstoffschichten in einer Kunststoffkappe gepresst, Anspruch 9, und eingekapselt, was aus reaktionschemischen und korro-35 sionstechnischen Gründen sinnvoll ist.

Die Verwendung eines Glühdrahtes, nach Anspruch 10, hat sich im Zusammenhang mit der Verwendung von zwei Initialsprengstoff-Schichten sehr bewährt; er ist zudem sehr wirtschaftlich herstellbar. 40 Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher beschrieben.

Es zeigen:

45 Fig. 1 Einen Gasgenerator mit einer erfindungs-gemässen Zündkette,

Fig. 2 eine vergrösserte Schnittdarstellung des Gasgenerators Fig. 1, mit Einzelheiten des Aufbaus des Zünders und 50 Fig. 3 den charakteristischen Druckverlauf resultierend von einem erfindungsgemässen Zünder bei verschiedenen Temperaturen.

In Fig. 1 ist ein topfförmiger Gasgenerator mit 55 100 bezeichnet. Er besteht im wesentlichen aus einem Brennkammergehäuse 101, mit hier nicht näher dargestellten Kammern, Schikanen und Filterelementen und besitzt im Zentrum ein zylinderförmiges Zentralrohr 102, in welchem sich eine Übertra-60 gungsladung 103 aus BKNO3 befindet. Durchlässe 104, in Form von Bohrungen gewährleisten nach der Zündung einen Gasdurchtritt in die Brennkammer 106, welche mit an sich bekannten pyrotechnischen Sätzen 107, sogenannten Pellets, gefüllt ist. 65 Das Zündsignal wird über einen elektrischen Stek-

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ker 108 und ein 2-poliges Zündkabel 109 über Sensoren geschaltet und in bekannter Weise erzeugt der Anordnung zugeführt.

Der Zünder 1 ist axialsymmetrisch zentriert durch einen Trägerflansch 105 und mittels eines Klammer-Flansches 105b gehalten. Ein Sicherungsbund 105a verhindert ein axiales Verschieben, eine Sicherungsbuchse 110 dient zusätzlich der Arretierung. Aus Fig. 2 sind Einzelheiten des Aufbaus des Zünders 1, in der Übertragungsladung 103 ersichtlich; zusätzlich ist hier die Steckersicherung 9 bezeichnet.

Das Gehäuse 2, eine durch Bördelung hergestellte Metallkapsel, enthält stirnseitig Einkerbungen 3, welche Sollbruchstellen darstellen und einen gezielten Gasübertritt in die Übertragungsladung 103 gewährleisten. In der derart gebildeten Kapsel 2 befindet sich eine Ladungskappe 4 aus Kunststoff, in welcher ein erster Initialsprengstoff 5 und ein zweiter Initialsprengstoff 6 unter Druck eingepresst sind. Im ersten Initialsprengstoff 5 befindet sich ein Glühdraht 7, welcher eine Widerstandsbrücke zwischen den beiden Kontaktstiften 8 bildet und als elektrisches Zündmittel wirkt.

Die Kontaktstifte 8 sind in einen an seinen Stirnseiten ebenen Isolator 10 aus Glas eingegossen.

Wie nach der auf das Erfindungswesentliche beschränkten Darstellung nach Fig. 2 ersichtlich ist, bestehen die Übertragungsladung 103 und der zweite Initialsprengstoff aus dem gleichen Material, d.h. aus einer Mischung aus Bor-Kaliumnitrat = BKNO3. Die erste Initialsprengstoff-Schicht 5 ist aus Bleitrinitroresorcinat auch Trizinat genannt bestehend.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, stellt sich in einer Prüfkapsel (Prüfbombe) von 3 cm3 Volumen innerhalb von ca. 1 ms ein Druck von etwa 90 bar ein, der sich während einem weiteren Intervall von 10 ms nur sehr langsam abbaut. Bei einer Umgebungstemperatur von 85°C wird ein maximaler Druck von 97 bar innert 1 ms bis 2 ms aufgebaut, der nach 0,5 ms auf 80 bar absinkt und nach ca. 10 ms noch 60 bar beträgt. Bei 20°C wird der maximale Druck 90 bar, nach weiteren 0,5 ms ca. 80 bar und nach 7 ms ca. auf 70 bar absinken.

Die aus systemtechnischen Gründen nicht zulässigen Druckbereiche sind im Diagrammm nach Fig. 3 schraffiert eingezeichnet.

Der Erfindungsgegenstand erfüllt die Anforderungen auch bei sehr tiefen Temperaturen. Bei -35°C wird ein Druck von etwa 70 bar innerhalb von weniger als 2,0 ms aufgebaut der erhalten bleibt während mehr als 10 ms.

Dieser Druckverlauf im Gasgenerator mit dem er-findungsgemässen Zünder ist wesentlich für die zuverlässige Funktion des Aufprallschutzsystems.

Optimal haben sich Sprengstoffschichten erwiesen mit einer Masse an gepresstem 1. Initialsprengstoff von 30 mg Trizinat und ebenfalls gepresstem 75 mg Bor-Kaliumnitrat als 2. Initialsprengstoff. Das Verhältnis von Bor zu Kaliumnitrat beträgt dabei 40 Gew.-% B und 60 Gew.-% KNO3.

Bewährt haben sich Korngrössen von Bor im Bereich von 50 (im.

Durch eine Variation der Mengen in den in den

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Ansprüchen erwähnten Grenzen lässt sich die Initial-Gasentwicklung in der Zündkette derart steuern, dass sie weitgehend den physikalischen Eigenschaften eines Airbags bzw. an seine mechanische Beanspruchbarkeit angepasst werden kann. Ebenso lässt sich der Druckverlauf bei Gurten-Straffern, zusammen mit den übrigen Systemparametern des Gasgenerators an die kinetischen Bedingungen des Druckkolbens und der Aufwickelmechanik anpassen. Zur Erzielung einer Initialzündwirkung der beiden Sprengstoffschichten ist ihr Verpressen in der Kapsel 2 notwendig; Pressdrucke von bis zu 10 000 N/cm2 haben sich als zweckmässig erwiesen. Überraschenderweise traten auch bei beträchtlich höheren Drucken keine Ereignisse auf. Selbstverständlich können in der Zündkapsel auch mehr als zwei Sprengstoffschichten vorhanden sein, wenn die Zündkette an einen systembedingten, sanften Druckaufbau angepasst werden soll. Ebenso können auch konventionelle Initialsprengstoffe zur Anpassung an den gewünschten Druckverlauf eingesetzt werden, wobei in der Regel die Zündkette mit dem höher brisanten Sprengstoff beginnt und auf die weniger brisanten Sprengstoffe übergeführt ist. Bezeichnunasliste

1 Zünder (Glühdraht-)

2 Gehäuse (Kapsel)

3 Einkerbungen (Sollbruchstelle)

4 Ladungskappe (Kunststoff)

5 1. Initalsprengstoff

6 2. Initialsprengstoff

7 Glühdraht

8 Kontaktstifte

9 Stecker-Sicherung

10 Isolator (Glas)

G Gas (gefiltert)

100 Gasgenerator (topfförmig)

101 Brennkammergehäuse

102 Zentralrohr

103 Übertragungsladung

104 Durchlässe (Bohrungen)

105 Trägerflansch

105a Sicherungsbund

105b Klammer-Flansch

106 Brennkammer

107 Pyrotechnische Sätze (Pellets)

108 Elektrischer Stecker

109 Zündkabel (2-polig)

110 Sicherungsbuchse

Patentansprüche

1. Pyrochemische Zündkette in einem Gasgenerator mit einem, organometallischen Initialsprengstoff und einen ein elektrisches Zündmittel enthaltenden, gekapselten Zünder, welcher zumindest partiell in eine Übertragungsladung des Gasgenerators eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zündkapsel wenigstens zwei Initialsprengstof-

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10. Pyrochemische Zündkette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündmittel (7) ein Glühdraht ist.

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fe (5, 6) vorgesehen sind, wobei der zweite (6) eine gegenüber dem ersten Initialsprengstoff (5) reduzierte Brisanz aufweist, dass der erste Initialsprengstoff (5) das Zündmittel (7) umgibt und ein organo-metallischer Sprengstoff ist, dass der zweite Initialsprengstoff (6) ein anorganisches Gemisch ist und dass beide Initialsprengstoffe (5, 6) in Schichtform gepresst und druckdicht eingekapselt sind.

2. Pyrochemische Zündkette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Initialsprengstoff (6) aus wenigstens zwei reaktiven Komponenten besteht und dass gleiche Komponenten in der Übertragungsladung (103) des Gasgenerators (100) vorgesehen sind.

3. Pyrochemische Zündkette nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktiven Komponenten des zweiten Initialsprengstoffes (6) Bor und Kaliumnitrat sind.

4. Pyrochemische Zündkette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erster Initialsprengstoff (5) Bleitrinitroresorcinat ist.

5. Pyrochemische Zündkette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gew.-Verhältnis der ersten (5) zur zweiten (6) Initialsprengstoffschicht 1:2 bis 1:5 beträgt.

6. Pyrochemische Zündkette nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Bor zu Kaliumnitrat 10 bis 70 Gew.-% B und 30 bis 90 Gew.-% KNO3 beträgt.

7. Pyrochemische Zündkette nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bleitrinitroresorcinat eine Korngrösse von 80 um bis 120 um aufweist.

8. Pyrochemische Zündkette nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bor-Kaliumnitrat eine mittlere Korngrösse von 40 firn bis 70 um aufweist.

9. Pyrochemische Zündkette nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Initialsprengstoffe (5, 6) in gepresster Form in einer Kunststoffkappe (4) eingekapselt sind.