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WO2025051596A1 - Fuel element for a gas generator, method for producing same, and use of the fuel element - Google Patents

Fuel element for a gas generator, method for producing same, and use of the fuel element Download PDF

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Publication number
WO2025051596A1
WO2025051596A1 PCT/EP2024/073992 EP2024073992W WO2025051596A1 WO 2025051596 A1 WO2025051596 A1 WO 2025051596A1 EP 2024073992 W EP2024073992 W EP 2024073992W WO 2025051596 A1 WO2025051596 A1 WO 2025051596A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pyrotechnic
core
ignition agent
tablet
ignition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/073992
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael König
Sebastian Wienhold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Airbag Germany GmbH
Original Assignee
ZF Airbag Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Airbag Germany GmbH filed Critical ZF Airbag Germany GmbH
Publication of WO2025051596A1 publication Critical patent/WO2025051596A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06DMEANS FOR GENERATING SMOKE OR MIST; GAS-ATTACK COMPOSITIONS; GENERATION OF GAS FOR BLASTING OR PROPULSION (CHEMICAL PART)
    • C06D5/00Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets
    • C06D5/06Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets by reaction of two or more solids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • C06B45/18Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising a coated component

Definitions

  • Fuel element for a gas generator Method for its production and use of the fuel element
  • the invention relates to a fuel element for a gas generator for use in a safety device, a method for producing such a fuel element and the use of such a fuel element in a safety device.
  • Fuel elements for gas generators are known from the prior art.
  • various safety devices are provided in vehicles.
  • One such safety device could, for example, be a gas bag module equipped with a gas generator.
  • the gas generator releases a pressurized gas that deploys a gas bag from the gas bag module, thereby restraining the vehicle occupants.
  • Gas generators are used to generate a pressurized gas and are known in various designs. Basically, gas generators use a propellant element made of a pyrotechnic composition, which is located inside the gas generator. When activated by an electrical igniter, it undergoes an exothermic reaction, releasing the pressurized gas in the gas bag.
  • Propellant elements are typically in the form of tablets, which can be manufactured in various ways. These tablets generally have a multi-component structure.
  • propellant elements in the form of tablets are known, which are composed of two or more pyrotechnic components.
  • the integration of various pyrotechnic components or compositions in one tablet serves to specifically influence the combustion characteristics of the propellant element. By optimizing the combustion characteristics, improved inflation behavior of the gas bag can be achieved, among other things.
  • the term "burn-up characteristics" refers to a series of properties that a propellant pellet or propellant element for a gas generator exhibits during operation, i.e., during combustion.
  • Combustion characteristics include, for example, the burn-up rate, the burn-up velocity, the burn-up velocity at the surface, the gas yield, the autoignition temperature, the ignitability, the superignitability, the pressure exponents, and the general burn-up behavior (degressive or progressive).
  • a coated pellet for a gas generator is disclosed in DE 10 2012 024 799 A1.
  • a propellant element is proposed that is designed as a pellet having a core made of a pyrotechnic material, wherein the core is at least partially surrounded by a shell made of a material that delays the combustion of the core.
  • German patent application 10 2022 108 291.1 describes propellant elements in the form of a coated pellet, comprising a core made of a pyrotechnic material and a coating layer surrounding the core made of a second pyrotechnic material different from the first pyrotechnic material.
  • the core extends through the coating layer over a protruding edge portion along a circumferential direction, so that the combustion of the core can occur parallel to the combustion of the coating layer. In this way, undesirable degressive combustion of the coated pellet can be avoided or at least limited, and the ignitability of the coated pellet can be adjusted.
  • propellant elements that ignite reliably even at the lowest possible temperatures and enable rapid pressure buildup are desirable.
  • pyrotechnic compositions with corresponding ignition behavior exhibit an undesirably high combustion temperature, require ignition with hot particles, and/or produce a comparatively high amount of particulate, i.e., solid, combustion products, which adversely affect the smoke development of the gas generator.
  • the object of the invention is to provide a fuel element that ignites even at low temperatures and has a defined combustion characteristic.
  • the object is achieved according to the invention by a fuel element according to claim 1, a method for producing a fuel element according to claim 9 and the use of a fuel element according to claim 10.
  • a propellant element for a gas generator for use in a safety device in the form of a tablet has a core made of pyrotechnic material and a coating of a pyrotechnic pre-ignition agent applied to the core, wherein the pyrotechnic material and the pyrotechnic pre-ignition agent differ from one another.
  • the pyrotechnic pre-ignition agent has a deflagration temperature of 500 K or less.
  • the invention is based on the fundamental idea of improving the ignition behavior of the entire propellant element at low temperatures by using a pyrotechnic pre-ignition agent that has a comparatively low deflagration temperature of 500 K or less for pyrotechnic compositions, thus enabling the targeted adjustment of the combustion characteristics.
  • the low deflagration temperature of the pyrotechnic pre-ignition agent enables the propellant element to ignite particularly reliably and early upon mere temperature increase, without relying on the use of hot particles to activate the propellant element or at least without being able to reduce their quantity.
  • the term "pure temperature increase” means that the temperature increase is achieved through the influence of radiation and/or a gas mixture surrounding the fuel element is heated, and the heat transferred from the gas mixture to the fuel element by means of diffusion and/or convection processes is sufficient to ignite the fuel element, specifically the early ignition layer.
  • hot particles are not used to ignite the early ignition layer.
  • this does not preclude the additional use of hot particles to further influence the ignition behavior of the fuel element, even if this is not preferred.
  • the adjustment options for the ignition behavior and the combustion characteristics of the fuel element are expanded compared to fuel elements known in the prior art, thus increasing the freedom of formulation.
  • the deflagration temperature is a particularly suitable parameter for testing the suitability of a pyrotechnic composition for use as an early ignition layer.
  • This effect is attributed to the fact that, for the same type of components used in the pyrotechnic composition, the proportions of these components can be varied within a wide range without significantly affecting the deflagration temperature.
  • This makes it possible to vary the respective chemical composition of the early ignition layer within a wide range in order to adjust or optimize further parameters of the early ignition layer. that influence the combustion characteristics.
  • the deflagration temperature represents a kind of "early ignition eutectic.”
  • the deflagration temperature of the pyrotechnic material used in the core is above the deflagration temperature of the pre-ignition agent.
  • the improved pre-ignition behavior of the fuel element thus makes it possible to vary the other parameters of the fuel element that influence the combustion characteristics to a greater extent and still achieve improved or similar combustion behavior.
  • the geometry of the pellet can be varied to a greater extent while maintaining comparable combustion characteristics, or it can be maintained while maintaining improved combustion characteristics compared to existing propellant elements.
  • so-called ignition sleeves in the gas generator in which pressure and temperature develop separately from the rest of the gas chamber, can be omitted.
  • the fuel element is in tablet form, it can be produced particularly cost-effectively, for example by a compression process.
  • the geometric shape of the tablet is not further restricted.
  • the tablet has a cylindrical shape.
  • the pyrotechnic pre-ignition agent may have a deflagration temperature of 450 K or less, preferably 435 K or less. This allows the propellant element to be activated at even lower temperatures.
  • the pre-ignition agent may have a deflagration temperature of at least 381.15 K, in particular of at least 403.15 K. Accordingly, the pyrotechnic pre-ignition agent may have a deflagration temperature in the range of 381.15 to 450 K, preferably from 403.15 K to 435 K.
  • the pyrotechnic pre-ignition agent has a combustion temperature of 2000 K or more and preferably a combustion temperature in the range of 2100 K to 2800 K. Lower combustion temperatures can lead to pre-ignition agents that have too low a combustion rate and/or explosion heat, which can delay the ignition of the pyrotechnic material by the triggered pre-ignition layer.
  • the relative arrangement of pyrotechnic pre-ignition agent and pyrotechnic composition within the tablet is in principle not further restricted as long as the desired combustion characteristics can be achieved.
  • the coating of pyrotechnic pre-ignition agent is applied to a top side, a bottom side and/or a shell side of the core.
  • the propellant element can have a contact-enhancing surface design.
  • the core has recesses into which the pyrotechnic pre-ignition agent is incorporated and/or the core has a roughened contact surface that is in contact with the pre-ignition agent. This further improves the transferability of the pyrotechnic pre-ignition agent to the pyrotechnic composition.
  • the layer thickness of the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent can be chosen arbitrarily, depending on the desired combustion characteristics of the propellant element.
  • the thickness of the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent is 10% or less of the thickness of the tablet. This makes it particularly easy to ensure that the tablet as a whole is ignited by the pyrotechnic pre-ignition agent even at a low temperature. However, the further behavior of the tablet is essentially determined by the pyrotechnic composition of the core.
  • the tablet has several spatially separated areas with the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent, the thickness of the part of the coating with the greatest thickness is counted.
  • the thickness of the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent is in the range of 0.5 to 3.0 mm.
  • the pyrotechnic pre-ignition agent comprises a fuel as component (A) and an oxidising agent as component (B) and optionally further additives as component (C).
  • the fuel (A) of the pyrotechnic pre-ignition agent is in particular selected from the group consisting of 1-nitroguanidine, guanidinium nitrate, nitrotriazolone, nitrocellulose, metals, in particular boron, aluminum, titanium, zirconium, tungsten, and combinations thereof.
  • the oxidizing agent (B) of the pyrotechnic pre-ignition agent is in particular selected from the group of chlorates, perchlorates, metal oxides, and combinations thereof.
  • the oxidizing agent of the pyrotechnic pre-ignition agent preferably comprises or consists of potassium perchlorate.
  • the pyrotechnic pre-ignition agent comprises the following components:
  • oxidizing agent selected from the group of chlorates, perchlorates, metal oxides and combinations thereof, preferably potassium perchlorate
  • the core can have a first core region made of a first pyrotechnic material and a second core region made of a second pyrotechnic material, wherein the first pyrotechnic material and the second pyrotechnic material differ from each other.
  • the combustion characteristics of the propellant element can be influenced by the choice of the first and second pyrotechnic materials in addition to the selected coating of the pyrotechnic pre-ignition agent.
  • the two pyrotechnic materials i.e., the first pyrotechnic material and the second pyrotechnic material, differ in particular with respect to at least one of the following properties: chemical composition, combustion rate, combustion temperature, gas yield, average grain size, particle distribution, particle morphology, hygroscopicity, autoignition temperature, ignitability, deflagration temperature, and overignitability.
  • the two pyrotechnic materials may also differ in two or more of the aforementioned properties.
  • the deflagration temperature of both the first pyrotechnic material and the second pyrotechnic material is above the deflagration temperature of the pyrotechnic pre-ignition agent.
  • the first pyrotechnic material has a higher burning rate than the second pyrotechnic material.
  • the first pyrotechnic material may have a burning rate in a range of 20 to 60 mm/s at 20 MPa, preferably 25 to 55 mm/s at 20 MPa
  • the second pyrotechnic material has a burning rate in a range of 5 to 30 mm/s at 20 MPa, preferably 15 to 25 mm/s at 20 MPa. In this way, a degressive burning of the first core region can be avoided, thereby achieving an even more uniform burning of the tablet.
  • the first pyrotechnic material has a grain size which differs from the grain size of the second pyrotechnic material, wherein in particular the first pyrotechnic material has an average grain size (D50) in a range from 1 to 30 pm and the second pyrotechnic material has an average grain size (D50) in a range from 3 to 100 pm.
  • the first pyrotechnic material and the second pyrotechnic material each comprise at least a fuel and an oxidizer.
  • the invention is not limited with respect to the fuel and oxidizer of the first and second pyrotechnic materials. Any fuel and oxidizer known in the art that are suitable for forming a propellant element for a gas generator can be used.
  • the fuel of the first and/or second pyrotechnic material is selected from the group consisting of guanidinium salts, aluminum, polyvinyl acetate, 1-nitroguanidine, nitrotriazolone, tetrazoles, bitetrazoles and nitrocellulose and combinations thereof.
  • Such fuels can generate a large gas volume upon activation and enable pyrotechnic compositions in which the burning rate can be adjusted over a wide range.
  • the oxidizing agent of the first and/or second pyrotechnic material is selected, in particular, from the group consisting of perchlorates, copper oxide, basic copper nitrate, basic copper zinc nitrate, sodium nitrate, potassium nitrate, and combinations thereof.
  • the oxidizing agent serves, in particular, to increase the burning rate of the respective pyrotechnic material.
  • the burning rate of the propellant element can therefore be influenced.
  • the first and second pyrotechnic materials can each contain at least one further additive, which is in particular selected from the group consisting of stabilizers, burn rate modifiers, binders, compression additives, and combinations thereof.
  • the properties of the propellant element can be modified by adding one of the above-mentioned additives.
  • iron(II) oxide magnesium oxide, titanium oxide, aluminum oxide and combinations thereof can be used as burn rate modifiers.
  • amorphous silica, calcium stearate and hydrocarbon-based lubricating oil preferably lubricating oil based on aliphatic hydrocarbon compounds having 15 to 30 carbon atoms, as well as combinations thereof, can be used as pressing additives.
  • Akardit II (3-methyl-1,1-diphenylurea) can be used as a stabilizer.
  • Binders that can be used include, for example, alkylcelluloses, hydroxyalkylcelluloses, carboxymethylcelluloses, cellulose carboxylates, xanthan, hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB) and carboxyl-terminated polybutadiene (CTPB) and combinations thereof.
  • the chemical compositions of the first and second pyrotechnic materials differ from each other.
  • the first pyrotechnic material and the second pyrotechnic material differ in the selection of at least one of the components such as fuel, oxidizer and an additive.
  • the first and second pyrotechnic materials can also be based on the same components, but differ in their component proportions. This can also alter the combustion characteristics.
  • the first pyrotechnic material can have a higher proportion of oxidizer, which can lead to an increased combustion rate compared to the second pyrotechnic material.
  • the first pyrotechnic material comprises the following components:
  • the second pyrotechnic material comprises the following components:
  • (C) 0 to 15 wt.%, preferably 0 to 5 wt.%, of further additives selected from the group consisting of iron oxide, titanium oxide, Aluminum oxide, calcium stearate, other stearate salts, fatty acid salts and combinations thereof, each based on the total weight of the second core region, wherein the proportions of components (A) to (C) add up to 100 percent by weight.
  • the tablet can be a jacketed tablet in which the first core region is at least partially provided with a casing which is formed by the second core region and/or the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent, wherein the first core region has an edge section which projects in the radial direction and extends through the casing to an outer contour of the jacketed tablet, wherein the edge section is formed along a circumferential direction of the jacketed tablet and has a smaller extent in the axial direction of the jacketed tablet than the first core region.
  • the casing can be designed analogously to the shell region of the shell-shaped pellet described in German patent application 10 2022 108 291.1.
  • the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent is either a component of the casing or is provided in addition to a casing made of a second pyrotechnic material. In this way, the pre-ignition behavior of the propellant element according to the invention is further improved.
  • an opening in the form of a gap is provided in the casing, which connects the first core region to the outer contour of the coated tablet via the edge section.
  • the edge section having a smaller extent in the axial direction of the coated tablet than the first core region. The presence of an edge section therefore ensures that the combustion of the first core region takes place essentially parallel to the combustion of the casing, but is nevertheless delayed by the geometric design of the tablet, whereby undesirable degressive combustion of the tablet can be prevented.
  • the ignitability of the coated tablet according to the invention can be specifically adjusted in this way. This can be achieved by selecting the axial extent of the gap, which changes the accessibility of the first core region in the form of the edge section. Choosing a larger gap allows more of the edge section and thus a larger part of the core to be made accessible for ignition, whereas a smaller axial extent of the gap has the opposite effect and reduces the ignitability of the first core region.
  • This advantageous control of the properties is not limited to the above-mentioned example of ignitability, but also generally applies to other combustion characteristics such as the degressivity of combustion.
  • the coated tablet proposed here can thus be understood as a hybrid form between known coated tablets and multilayer tablets.
  • the autoignition temperature of the first pyrotechnic material is lower than that of the second pyrotechnic material, an improved early ignition function can be enabled by the exposed web.
  • the geometric design of the proposed coated pellet can achieve improved control over the combustion characteristics.
  • compositions of the first and second pyrotechnic materials are particularly suitable for use in a coated tablet for a gas generator.
  • the composition of the first pyrotechnic material exhibits a faster burning rate than the composition of the second pyrotechnic material.
  • a tablet containing the above-mentioned compositions exhibits, in particular, a reduced degressivity of burning.
  • a web section can be arranged between the tablet top and the tablet bottom, which runs as a band-shaped boundary ring around the tablet and limits the first core region in its radial extent.
  • the web section is retained in its shape by a die wall during compression.
  • the height of the web section can be chosen arbitrarily and limits the axial extent of the edge section of the first core area. However, there can also be two webs that limit the axial extent of the edge section of the core on both sides.
  • the top and bottom of the tablet may be curved or faceted.
  • a curved tablet has a biconvex shape.
  • the top and bottom of the tablet form, in particular, spherical caps.
  • the curvature has a radius of curvature, which represents the radius of the spherical cap.
  • the tablet according to the invention can have a coating.
  • the invention is not restricted with regard to the coating.
  • the coating can be of any shape.
  • the coating forms, in particular, the outer contour of the coated tablet, with the exception of the edge portion that extends through it. Therefore, the coating can also encompass the web as well as the top and bottom of the tablet.
  • the coating thickness can also be freely selected. Depending on the layer thickness selected, the burning characteristics of the tablet can be influenced.
  • the sheathing completely surrounds the core, with the exception of the edge section.
  • the positioning of the edge section relative to the core is arbitrary.
  • the edge section can be positioned centrally or slightly offset from the core.
  • multiple edge sections can also be provided. These can, in particular, run parallel to one another or intersect.
  • the axial extent of the edge section is also arbitrary as long as the axial extent of the edge section is lower than that of the first core area.
  • the axial extent of the edge portion may be at most 80% of the axial extent of the first core region, preferably 60%, more preferably 40%, most preferably 10%.
  • the edge section may preferably have an extension of 100 to 3000 pm in the axial direction, preferably of 100 to 800 pm.
  • the burning characteristics of the tablet can be further influenced by the axial extension of the edge section.
  • the core with the edge section has a shape that can be produced by compression.
  • first core region with the edge portion has a T-shaped cross-section. This offers the advantage that such a shaped first core region with edge portion can be manufactured particularly easily.
  • the first core region with the edge portion has a wedge-shaped cross section.
  • the first core region with the edge portion is convexly shaped, more preferably the first core region with the edge portion is biconvexly shaped.
  • the tablet can be provided with an additional coating on at least one of its end faces and/or the shell sides.
  • This additional coating can provide additional tablet functionality. If a tablet with a coating interrupted by the edge section is used, it is advantageous to apply the additional coating to one of the end faces, as this way the edge section is not covered by the additional coating. This ensures that accessibility to the first core area is not compromised.
  • the additional coating covers the entire tablet, i.e. is arranged on the shell sides as well as the end faces, or that only the shell sides are provided with the additional coating.
  • Hydrophobic polymers in particular silicones, polyurethanes and/or polyesters, can be used as moisture protection coatings.
  • the additional coating may further comprise an ignition layer, which also improves the ignitability of the propellant element, but differs from the pyrotechnic pre-ignition layer, in particular chemically.
  • the ignition layer has a higher deflagration temperature than the coating made of the pyrotechnic pre-ignition agent.
  • the object is also achieved according to the invention by a method for producing a propellant element as described above, wherein the pyrotechnic material and/or the pyrotechnic pre-ignition agent are pressed in a press die to form the core of pyrotechnic material or the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent.
  • the process according to the invention enables the production of the tablet according to the invention using compression machines.
  • the production of tablets using compression machines is known and has been used for a long time in the pharmaceutical industry.
  • the process according to the invention Fuel element and the process for producing the fuel element are particularly cost-effective.
  • the components of the propellant element are joined together to form the propellant element exclusively by compression. This avoids the costly coating or lamination of the pre-ignition layer onto the pyrotechnic material of the core, or vice versa.
  • the invention relates to the use of a fuel element as described above in a safety device in a vehicle, in particular in a gas generator.
  • FIG. 15 schematically shows a sequence of a first embodiment of a method according to the invention for producing the fuel element according to the invention
  • FIG. 16 schematically shows a sequence of a second embodiment of the method according to the invention for producing the fuel element according to the invention.
  • a propellant element 10 according to the invention for a gas generator for use in a safety device is in the form of a tablet which a core 12 made of pyrotechnic material and a coating 14 made of a pyrotechnic pre-ignition agent applied to the core 12 (cf. Fig. 3).
  • the pyrotechnic material and the pyrotechnic pre-ignition agent differ from each other, particularly with regard to their deflagration temperature.
  • the pyrotechnic pre-ignition agent has a deflagration temperature of 500 K or less, so that, according to the invention, the pyrotechnic pre-ignition agent can be activated at a lower temperature than the pyrotechnic material.
  • Tables 1 to 3 show exemplary compositions which are suitable as pyrotechnic material in the core 12 of a propellant element 10 according to the invention or as pyrotechnic pre-ignition agent in the coating 14 applied to the core 12.
  • GuNi Guanidinium nitrate
  • PVA polyvinyl acetate
  • Table 4 lists the ballistic properties of the respective compositions.
  • the pyrotechnic material is further differentiated into a first pyrotechnic material and a second pyrotechnic material, which in terms of their respective ballistic properties and thus in their combustion characteristics.
  • the core 12 of the propellant element 10 can have a first core region 15 made of the first pyrotechnic material and a second core region 16 made of the second pyrotechnic material.
  • both the first pyrotechnic material and the second pyrotechnic material can also be present as the only pyrotechnic material in the core 12.
  • Table 4 shows that the first pyrotechnic material (Examples A to D) and the second pyrotechnic material (Examples E to H) differ significantly in their ballistic properties.
  • the first pyrotechnic material exhibits a higher combustion temperature, a higher to comparable combustion rate at a pressure of 5 MPa, a higher combustion rate at a pressure of 20 MPa, a higher to comparable deflagration temperature, and a higher explosion heat than the second pyrotechnic material. Accordingly, the combustion characteristics of a propellant element can be adjusted to a large extent by selecting the pyrotechnic material used or a combination of the various pyrotechnic materials.
  • the pyrotechnic pre-ignition agents (Examples I and J) have a significantly lower deflagration temperature of less than 500 K, namely 433 K, compared to the other pyrotechnic compositions of Examples A to H.
  • Other ballistic properties can be varied within a wide range without any significant change in the deflagration temperature.
  • Table 1 First pyrotechnic compositions.
  • Table 3 Pyrotechnic pre-ignition agents.
  • Table 4 Ballistic properties of the compositions according to Tables 1 to 3.
  • Table 5 Test data on pressure build-up in the standard combustion chamber.
  • the first pyrotechnic material according to Example A was used as propellant 1
  • the second pyrotechnic material according to Example G was used as propellant 2
  • the pre-ignition agent according to Example I was used as pre-ignition agent.
  • a "standard combustion chamber” is a sealed vessel with a defined volume of 100 cm3 in which the respective propellant is burned.
  • the pressure/time curves resulting from combustion characterize the respective composition ballistically.
  • Table 5 lists the tsobar values obtained in each case, i.e., the time required to reach a pressure of 50 bar (5 MPa) in the standard combustion chamber.
  • a low tsobar value is desirable to enable rapid pressure buildup in a gas generator.
  • the tablets presented were ignited by means of a booster charge, which in turn was activated by an electrically ignited igniter.
  • the igniter contained an igniter composition of 53 to 58 wt% zirconium as fuel, 34 to 42 wt% potassium perchlorate as oxidizer and 4 to 5 wt% fluororubber (FKM) as binder.
  • booster charges either a "particle-generating” booster charge or a "gas-generating” booster charge was used to investigate the ballistic behavior of the respective propellant element to be characterized as a function of the type of ignition.
  • the behavior with a gas-generating booster charge corresponds to a case in which the respective pyrotechnic composition essentially only needs to ignite via the temperature increase, since there are no or at least significantly smaller amounts of hot particles that could support the ignition.
  • the particle-generating booster charge comprised 27 to 33 wt% boron as fuel and 67 to 73 wt% potassium nitrate as oxidizer.
  • the gas-generating booster charge comprised 96 wt% nitrocellulose as fuel, 1 to 3 wt% 3-methyl-1,1-diphenylurea as stabilizer, and 0 to 2 wt% disodium oxalate and 0 to 2 wt% graphite as burn rate modifier.
  • Fig. 1 shows pressure/time curves for individual components as they can be used in a fuel element 10 according to the invention, in each case when ignited with a particle-generating booster charge and when ignited with a gas-generating booster charge.
  • Curves 18 and 20 show the behavior of a first pyrotechnic composition, i.e., a composition characterized in particular by a high burning rate, a high burning temperature, and a high heat of explosion. As can be seen, such a composition exhibits the fastest pressure buildup when activated by a particle-generating booster charge, but this is significantly delayed when a gas-generating booster charge is used.
  • Curves 22 and 24 show the behavior of a second pyrotechnic composition, i.e., a composition characterized by a low combustion rate, a low combustion temperature, and a low explosion heat.
  • This composition exhibits both a significantly delayed pressure buildup and a significantly lower maximum pressure than for the first pyrotechnic composition. composition is the case. When using a gas-generating booster charge, the pressure build-up is delayed even further.
  • Curves 26 and 28 represent the behavior of a pyrotechnic pre-ignition agent characterized by a low deflagration temperature. As can be seen in Fig. 1, the pre-ignition agent almost achieves the behavior of the first pyrotechnic composition when using a particle-generating booster charge. However, when using a gas-generating booster charge, the pre-ignition agent exhibits by far the fastest pressure buildup and the highest maximum pressure of the tested examples.
  • the pre-ignition agent is particularly suitable for improving the ignition behavior of a fuel element if hot particles are not to be used to activate the fuel element.
  • Fig. 2 shows additional pressure/time curves demonstrating the behavior of bilayer pellets.
  • a first bilayer pellet with a first layer of "propellant 1" and a second layer of "propellant 2" was tested, while a second bilayer pellet with a first layer of "propellant 2" and a second layer of the pre-ignition agent was tested.
  • curves 18 and 20 are also shown in Fig. 2.
  • Curves 30 and 32 show the behavior of the first bilayer pellet when using a particle-generating and a gas-generating booster charge, respectively. Both the pressure buildup and the maximum pressure are significantly reduced compared to a pellet containing only propellant 1 due to the less ignitable propellant 2, especially in the case of the gas-generating booster charge.
  • the second bi-layer tablet which uses the pyrotechnic pre-ignition agent, exhibits a faster pressure build-up for both the particle-generating and the gas-generating booster charge than is the case for the first bi-layer tablet, particularly in the case of the gas-generating booster charge.
  • propellant elements 10 with different structures are also within the meaning of the invention, in particular those that have combinations of the layer structures shown in Figs. 3 and 14 and/or in which the respective first pyrotechnic material used is replaced by a second pyrotechnic material, and vice versa.
  • a first embodiment of the propellant element 10 is shown, in which the propellant element 10 has a core 12 which is formed only from a single pyrotechnic material, in this case from the first pyrotechnic material.
  • the coating 14 of the pyrotechnic pre-ignition agent is applied to an upper side 38 of the core 12, while a lower side 39 of the core 12 opposite the upper side 38 and a shell side 40 connecting the upper side 38 and the lower side 39 are not coated.
  • the thickness of the coating 14 can be varied within wide ranges.
  • the thickness of the coating 14 is 10% or less of the thickness of the entire propellant element 10.
  • Such a propellant element 10 has an even better ignitability, since the ignition behavior of the pyrotechnic pre-ignition agent to the pyrotechnic material of the core 12 is further improved.
  • the edge portion 46 Through the edge portion 46, at least a portion of the core 12 is directly accessible via the surroundings of the propellant element 10. In this way, the ignition behavior of the propellant element 10 can be influenced more strongly by the pyrotechnic material of the core 12, in addition to the pyrotechnic pre-ignition agent.
  • the coating 14 of the pyrotechnic pre-ignition agent is again applied.
  • Fig. 9 shows a seventh embodiment of the fuel element 10, which is constructed similarly to the third embodiment of Fig. 5. However, in the seventh embodiment, only a part of the casing 42 is formed by the coating 14 of pyrotechnic pre-ignition agent, namely that part of the casing 42 which is applied to the upper side 38 of the first core region 15.
  • the remaining part of the casing 42 is formed from a second pyrotechnic material, i.e. from the second core region 16.
  • the core 12 is formed from the core region 15 and the second core region 16, which also forms the casing 42, which is perforated by the edge sections 46.
  • the upper punch 56 is designed to be displaced in the direction of the pressing die 58 and to engage into the receiving chamber 62.
  • the upper punch 56 has a cylindrical shape and comprises an inner punch 64 and an outer punch 66.
  • the outer punch 66 laterally encloses the inner punch 64, with the inner punch 64 being slidably mounted in the outer punch 66. Thus, the inner punch 64 can be displaced against the outer punch 66. Furthermore, the outer punch 66 forms a common end face 68 with the inner punch 64. with which the upper punch 56 engages into the receiving chamber 62 of the pressing die 58 during a compression process.
  • the receiving chamber 62 is filled with the pyrotechnic pre-ignition agent (S1).
  • the upper punch 56 is pressed into the receiving chamber 62 of the pressing die 58, and the pyrotechnic pre-ignition agent is compressed (S2).
  • the inner punch 64 is pushed further into the receiving chamber 62 than the outer punch 66.
  • the pyrotechnic pre-ignition agent 14 can be formed while maintaining a casing bottom 70. Since the outer punch 66 is pushed into the receiving chamber 62 offset from the inner punch 64, a casing bottom 70 with a U-shaped cross-section is formed. The casing bottom 70 is open toward the upper punch 56.
  • the upper punch 56 is then withdrawn from the pressing die 58 (S3) and the finished pressed casing bottom 70 remains in the pressing die 58.
  • the receiving chamber 62 is filled with the first pyrotechnic material (S4). It is understood that, depending on the desired embodiment, a second pyrotechnic material may also be used.
  • the upper punch 56 is pressed back into the receiving chamber 62, with initially only the outer punch 66 being pressed into the receiving chamber 62 (S5).
  • an edge portion 46 made of the first pyrotechnic material is pressed onto laterally projecting areas of the casing's underside 70.
  • the inner punch 64 is pushed into the receiving chamber 62 (S6) until it again forms a common end face with the outer punch 66.
  • the core 12 is pressed into the casing bottom 70, which is open toward the upper punch 56.
  • the upper punch 56 is then withdrawn from the pressing die 58 again (S7) to obtain a compact consisting of the casing bottom 70, which comprises a pre-compacted core 12 with edge section 46.
  • the compact is moved by the lower punch 60 in the receiving chamber 62 in the direction of the upper punch 56 (S8).
  • the upper punch 56 is pressed back into the receiving chamber 62 or the pressing die 58 is moved or, generally speaking, the distance between the upper punch 56 and the pressing die 58 is reduced to such an extent that the pyrotechnic pre-ignition agent is pressed in the form of a jacketed tablet, maintaining a casing top 72 and thus the finished propellant element 10 (S10).
  • the upper punch 56 is retracted from the receiving chamber 62. Furthermore, the lower punch 60 is moved toward the upper punch 56 until the receiving chamber 62 is completely occupied by the lower punch 60 (S11). The coated tablet can be removed from the press 54.
  • Analogous intermediate steps can be used to produce further layers or partial layers by means of pressing, for example by producing the casing underside 70 from the second pyrotechnic material.
  • Figure 16 describes the sequences of a method for producing a fuel element 10 according to the invention in a shell tablet with a biconvex, optionally an asymmetrically biconvex, shaped core 12 with edge portion 46.
  • convex and concave means that only the respective end faces of punches 74, 76, and 78 have a curvature.
  • the curvature of the convex upper punch 74 corresponds to that of the concave lower punch 78.
  • the production of an asymmetrically biconvex coated tablet is achieved by using a concave lower punch 78 and a concave upper punch 76, which do not have the same curvature on their end faces.
  • the front side of the convex upper punch 76 has a curvature with a radius that corresponds to the curvature of the front side of the concave lower punch 78.
  • the concave lower punch 78 is curved such that the convex upper punch 74 can engage with the lower punch 52, in particular such that the convex upper punch 74 can engage with the lower punch 52 in a form-fitting manner.
  • the front side of the upper punch 74 preferably has a convex shape that is complementary to a concave shape of the lower punch 78.
  • the receiving chamber 62 is filled with the pyrotechnic pre-ignition agent (S1).
  • the convex upper punch 74 is first pushed back from the receiving chamber 62 and removed from the press (S3).
  • the receiving chamber 62 is filled with the first pyrotechnic material (S4).
  • the first pyrotechnic material is compressed by pushing the concave upper punch 76 into the receiving chamber 62, thereby obtaining the core 12 with an edge portion 46 (S5).
  • a concave upper punch 76 can be used for the above step, which has a curvature different from the curvature of the concave lower punch 78.
  • an asymmetrically biconvex shaped core 12 can be pressed.
  • the concave upper punch 76 can be pushed out of the pressing die 58 again and the pyrotechnic pre-ignition agent can be filled into the receiving chamber 62 again (S6).
  • the pyrotechnic pre-ignition agent 14 can be fully pressed by the concave upper punch 76 or the lower punch 78 is moved or, generally speaking, the distance between the upper and lower punches is reduced in order to achieve compression, while maintaining a convexly shaped envelope upper side 72 (S7).

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Abstract

The invention relates to a fuel element (10) in the form of a tablet for a gas generator for use in a safety device. The tablet has a core (12) made of a pyrotechnic material and a coating (14) which is applied onto the core (12) and is made of a pyrotechnic pre-ignition agent, wherein the pyrotechnic material and the pyrotechnic pre-ignition agent differ from each other, and the pyrotechnic pre-ignition agent has a deflagration point of 500 K or lower. The invention additionally relates to a method for producing such a fuel element (10) and to the use of such a fuel element (10).

Description

Treibstoffelement für einen Gasgenerator, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung des Treibstoffelements Fuel element for a gas generator, method for its production and use of the fuel element

Die Erfindung betrifft ein Treibstoffelement für einen Gasgenerator zur Verwendung in einer Sicherheitseinrichtung, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Treibstoffelements sowie die Verwendung eines solchen Treibstoffelements in einer Sicherheitseinrichtung. The invention relates to a fuel element for a gas generator for use in a safety device, a method for producing such a fuel element and the use of such a fuel element in a safety device.

Treibstoffelemente für Gasgeneratoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Um Fahrzeuginsassen bei einem Unfall zu schützen, sind in einem Fahrzeug verschiedene Sicherheitseinrichtungen vorgesehen. Eine solche Sicherheitseinrichtung kann beispielsweise ein mit einem Gasgenerator ausgerüstetes Gassackmodul darstellen. Im Falle einer bevorstehenden Kollision des Fahrzeugs mit einem anderen Objekt setzt der Gasgenerator ein Druckgas frei, das einen Gassack aus dem Gassackmodul entfaltet, wodurch die Fahrzeuginsassen zurückgehalten werden. Fuel elements for gas generators are known from the prior art. To protect vehicle occupants in the event of an accident, various safety devices are provided in vehicles. One such safety device could, for example, be a gas bag module equipped with a gas generator. In the event of an imminent collision between the vehicle and another object, the gas generator releases a pressurized gas that deploys a gas bag from the gas bag module, thereby restraining the vehicle occupants.

Gasgeneratoren dienen der Erzeugung eines Druckgases und sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Grundsätzlich verwenden Gasgeneratoren ein Treibstoffelement aus einer pyrotechnischen Zusammensetzung, das innerhalb des Gasgenerators angeordnet ist und nach Aktivierung durch einen elektrischen Anzünder eine exotherme Reaktion eingeht, wodurch das Druckgas im Gassack freisetzt wird. Gas generators are used to generate a pressurized gas and are known in various designs. Basically, gas generators use a propellant element made of a pyrotechnic composition, which is located inside the gas generator. When activated by an electrical igniter, it undergoes an exothermic reaction, releasing the pressurized gas in the gas bag.

Treibstoffelemente liegen üblicherweise in Form von Tabletten vor, die auf verschiedene Weisen hergestellt werden können. In der Regel weisen diese Tabletten einen mehrkomponentigen Aufbau auf. Beispielsweise sind Treibstoffelemente in Form von Tabletten bekannt, die aus zwei oder mehr pyrotechnischen Komponenten aufgebaut sind. Die Integration verschiedener pyrotechnischer Komponenten bzw. Zusammensetzungen in einer Tablette dient dazu, eine Abbrandcharakteristik des Treibstoffelements gezielt zu beeinflussen. Mit einer Optimierung der Abbrandcharakteristik kann unter anderem ein verbessertes Aufblasverhalten des Gassacks erreicht werden. Unter dem Begriff Abbrandcharakteristik wird im Folgendem eine Reihe von Eigenschaften verstanden, die eine Treibstofftablette bzw. ein Treibstoffelement für einen Gasgenerator im Funktionsfall, also bei einem Abbrand, aufweist. Als Abbrandcharakteristiken werden beispielsweise die Abbrandrate, die Abbrandgeschwindigkeit, die Abbrandgeschwindigkeit an der Oberfläche, die Gasausbeute, die Selbstentzündungstemperatur, die Entzündbarkeit, die Überzündbarkeit, die Druckexponenten und das generelle Abbrandverhalten (degressiv oder progressiv) verstanden. Propellant elements are typically in the form of tablets, which can be manufactured in various ways. These tablets generally have a multi-component structure. For example, propellant elements in the form of tablets are known, which are composed of two or more pyrotechnic components. The integration of various pyrotechnic components or compositions in one tablet serves to specifically influence the combustion characteristics of the propellant element. By optimizing the combustion characteristics, improved inflation behavior of the gas bag can be achieved, among other things. The term "burn-up characteristics" refers to a series of properties that a propellant pellet or propellant element for a gas generator exhibits during operation, i.e., during combustion. Combustion characteristics include, for example, the burn-up rate, the burn-up velocity, the burn-up velocity at the surface, the gas yield, the autoignition temperature, the ignitability, the superignitability, the pressure exponents, and the general burn-up behavior (degressive or progressive).

Der Stand der Technik offenbart verschiedene Möglichkeiten auf die Abbrandcharakteristik eines Treibstoffelements Einfluss zu nehmen. The state of the art reveals various possibilities to influence the combustion characteristics of a fuel element.

Eine Manteltablette für einen Gasgenerator ist in der DE 10 2012 024 799 A1 offenbart. Vorgeschlagen wird ein Treibstoffelement, das als Tablette ausgebildet ist, die ein aus einem pyrotechnischen Material bestehenden Kern aufweist, wobei der Kern wenigstens teilweise mit einer Hülle aus einem den Abbrand des Kerns verzögernden Material umgeben ist. A coated pellet for a gas generator is disclosed in DE 10 2012 024 799 A1. A propellant element is proposed that is designed as a pellet having a core made of a pyrotechnic material, wherein the core is at least partially surrounded by a shell made of a material that delays the combustion of the core.

Die JP 2001 - 278 690 A offenbart Treibstoffelemente mit diversen Tablettenformen für den Einsatz in Gasgeneratoren, wobei die Tabletten aus einem ersten und einem zweiten pyrotechnischen Material bestehen, die miteinander laminiert sind. Das erste pyrotechnische Material unterscheidet sich vom zweiten pyrotechnischen Material in der Abbrandgeschwindigkeit. Vorrangig werden in dieser Druckschrift Mehrschicht-Tabletten offenbart, die einen mehrlagigen Aufbau bestehend aus dem ersten und dem zweiten pyrotechnischen Material aufweisen. JP 2001 - 278 690 A discloses propellant elements with various tablet shapes for use in gas generators, wherein the tablets consist of a first and a second pyrotechnic material that are laminated together. The first pyrotechnic material differs from the second pyrotechnic material in its burning rate. This document primarily discloses multilayer tablets that have a multilayer structure consisting of the first and second pyrotechnic materials.

Die deutsche Patentanmeldung 10 2022 108 291.1 beschreibt Treibstoffelemente in Form einer Manteltablette, die einen Kern aus einem pyrotechnischem Material und eine den Kern umhüllende Mantelschicht aus einem vom ersten pyrotechnischen Material verschiedenen zweiten pyrotechnischen Material aufweist. Der Kern erstreckt sich über einen vorstehenden Randabschnitt entlang einer Umfangrichtung durch die Mantelschicht hindurch, sodass der Abbrand des Kerns bereits parallel zum Abbrand der Mantelschicht stattfinden kann. Auf diese Weise kann ein unerwünschter degressiver Abbrand der Manteltablette vermieden oder zumindest begrenzt sowie die Anzündbarkeit der Manteltablette eingestellt werden. Um die Abbrandcharakteristik weiter zu beeinflussen, sind zudem Treibstoffelemente wünschenswert, die bereits bei möglichst niedrigen Temperaturen zuverlässig zünden und einen schnellen Druckaufbau ermöglichen. Hierbei stellt sich das Problem, dass pyrotechnische Zusammensetzungen mit entsprechendem Zündverhalten eine unerwünscht hohe Abbrandtemperatur aufweisen, eine Zündung mit heißen Partikeln erfordern und/oder vergleichsweise viele partikelförmige, also feste, Abbrandprodukte erzeugen, die sich nachteilig auf die Rauchentwicklung des Gasgenerators auswirken. German patent application 10 2022 108 291.1 describes propellant elements in the form of a coated pellet, comprising a core made of a pyrotechnic material and a coating layer surrounding the core made of a second pyrotechnic material different from the first pyrotechnic material. The core extends through the coating layer over a protruding edge portion along a circumferential direction, so that the combustion of the core can occur parallel to the combustion of the coating layer. In this way, undesirable degressive combustion of the coated pellet can be avoided or at least limited, and the ignitability of the coated pellet can be adjusted. To further influence the combustion characteristics, propellant elements that ignite reliably even at the lowest possible temperatures and enable rapid pressure buildup are desirable. The problem here is that pyrotechnic compositions with corresponding ignition behavior exhibit an undesirably high combustion temperature, require ignition with hot particles, and/or produce a comparatively high amount of particulate, i.e., solid, combustion products, which adversely affect the smoke development of the gas generator.

In Tablettenschüttungen, zum Beispiel in einem Gasgenerator, können unterschiedliche Tablettengrößen und/oder Tablettendichten (aufgrund unterschiedlicher chemischer Rezepturen) zum Entmischen und/oder ungünstigen Einbauzuständen führen, die durch entsprechende Kompromisse bei der Auslegung der jeweiligen Treibstoffelemente ausgeglichen werden müssen. Dies erhöht den Aufwand beim Herstellen des Treibstoffelements und beim Auslegen des Gasgenerators, in dem das Treibstoffelement zum Einsatz kommen soll, und schränkt die Formulierungsfreiheit ein. In tablet bulk materials, for example, in a gas generator, different tablet sizes and/or tablet densities (due to different chemical formulations) can lead to segregation and/or unfavorable installation conditions, which must be compensated for by appropriate compromises in the design of the respective propellant elements. This increases the effort involved in manufacturing the propellant element and in designing the gas generator in which the propellant element is to be used, and limits the freedom of formulation.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Treibstoffelement bereitzustellen, das bereits bei niedrigen Temperaturen zündet und eine definierte Abbrandcharakteristik aufweist. The object of the invention is to provide a fuel element that ignites even at low temperatures and has a defined combustion characteristic.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Treibstoffelement gemäß Anspruch 1 , ein Verfahren zum Herstellen eines Treibstoffelements gemäß Anspruch 9 und die Verwendung eines Treibstoffelements gemäß Anspruch 10. The object is achieved according to the invention by a fuel element according to claim 1, a method for producing a fuel element according to claim 9 and the use of a fuel element according to claim 10.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Treibstoffelements sind in den Unteransprüchen angegeben, deren Merkmale wahlweise miteinander kombiniert werden können. Advantageous embodiments of the fuel element according to the invention are specified in the subclaims, the features of which can optionally be combined with one another.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein T reibstoffelement für einen Gasgenerator zur Verwendung in einer Sicherheitseinrichtung in Form einer Tablette. Die Tablette weist einen Kern aus pyrotechnischem Material und eine auf den Kern aufgebrachte Beschichtung aus einem pyrotechnischen Frühzündmittel auf, wobei sich das pyrotechnische Material und das pyrotechnische Frühzündmittel voneinander unterscheiden. Das pyrotechnische Frühzündmittel weist eine Verpuffungstemperatur von 500 K oder weniger auf. Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, durch Einsatz eines pyrotechnischen Frühzündmittels, das eine für pyrotechnische Zusammensetzungen vergleichsweise geringe Verpuffungstemperatur von 500 K oder weniger aufweist, das Anzündverhalten des gesamten Treibstoffelements bei niedrigen Temperaturen zu verbessern und auf diese Weise die Abbrandcharakteristik gezielt einstellen zu können. Insbesondere ermöglicht es die geringe Verpuffungstemperatur des pyrotechnischen Frühzündmittels, dass das Treibstoffelement bei reiner Temperaturerhöhung besonders zuverlässig und frühzeitig zündet, ohne auf den Einsatz von heißen Partikeln zum Aktivieren des Treibstoffelements angewiesen zu sein oder deren Menge zumindest reduzieren zu können. According to the invention, this object is achieved by a propellant element for a gas generator for use in a safety device in the form of a tablet. The tablet has a core made of pyrotechnic material and a coating of a pyrotechnic pre-ignition agent applied to the core, wherein the pyrotechnic material and the pyrotechnic pre-ignition agent differ from one another. The pyrotechnic pre-ignition agent has a deflagration temperature of 500 K or less. The invention is based on the fundamental idea of improving the ignition behavior of the entire propellant element at low temperatures by using a pyrotechnic pre-ignition agent that has a comparatively low deflagration temperature of 500 K or less for pyrotechnic compositions, thus enabling the targeted adjustment of the combustion characteristics. In particular, the low deflagration temperature of the pyrotechnic pre-ignition agent enables the propellant element to ignite particularly reliably and early upon mere temperature increase, without relying on the use of hot particles to activate the propellant element or at least without being able to reduce their quantity.

Der Begriff „reine Temperaturerhöhung“ bezeichnet in diesem Zusammenhang, dass die Temperaturerhöhung durch Strahlungseinfluss realisiert wird und/oder ein das Treibstoffelement umgebendes Gasgemisch erwärmt wird und die vom Gasgemisch an das Treibstoffelement mittels Diffusions- und/oder Konvektionsprozesse abgegebene Wärme ausreicht, um das Treibstoffelement, speziell die Frühzündschicht, zu zünden. Somit wird insbesondere nicht auf heiße Partikel zum Zünden der Frühzündschicht zurückgegriffen. Dies schließt jedoch nicht aus, dass nicht zusätzlich auf heiße Partikel zurückgegriffen werden kann, um das Anzündverhalten des Treibstoffelements weiter zu beeinflussen, auch wenn dies nicht bevorzugt ist. Jedoch erweitern sich die Einstellmöglichkeiten des Anzündverhaltens und der Abbrandcharakteristik des Treibstoffelements im Vergleich zu im Stand der Technik bekannten Treibstoffelementen und somit die Formulierungsfreiheit. In this context, the term "pure temperature increase" means that the temperature increase is achieved through the influence of radiation and/or a gas mixture surrounding the fuel element is heated, and the heat transferred from the gas mixture to the fuel element by means of diffusion and/or convection processes is sufficient to ignite the fuel element, specifically the early ignition layer. Thus, in particular, hot particles are not used to ignite the early ignition layer. However, this does not preclude the additional use of hot particles to further influence the ignition behavior of the fuel element, even if this is not preferred. However, the adjustment options for the ignition behavior and the combustion characteristics of the fuel element are expanded compared to fuel elements known in the prior art, thus increasing the freedom of formulation.

Es wurde zudem gefunden, dass die Verpuffungstemperatur ein besonders geeigneter Parameter ist, um eine pyrotechnische Zusammensetzung dahingehend zu überprüfen, ob sich diese für den Einsatz als Frühzündschicht eignet. Dieser Effekt wird darauf zurückgeführt, dass bei gleicher Art der in der pyrotechnischen Zusammensetzung eingesetzten Komponenten die Anteile dieser Komponenten in weiten Bereichen variiert werden können, ohne dass die Verpuffungstemperatur wesentlich beeinflusst wird. Dies ermöglicht es, die jeweilige chemische Zusammensetzung der Frühzündschicht in weiten Bereichen zu variieren, um weitere Parameter der Frühzündschicht einzustellen bzw. anzupassen, die die Abbrandcharakteristik beeinflussen. In diesem Sinne stellt die Verpuffungstemperatur quasi eine Art „Frühzündeutektikum“ dar. It has also been found that the deflagration temperature is a particularly suitable parameter for testing the suitability of a pyrotechnic composition for use as an early ignition layer. This effect is attributed to the fact that, for the same type of components used in the pyrotechnic composition, the proportions of these components can be varied within a wide range without significantly affecting the deflagration temperature. This makes it possible to vary the respective chemical composition of the early ignition layer within a wide range in order to adjust or optimize further parameters of the early ignition layer. that influence the combustion characteristics. In this sense, the deflagration temperature represents a kind of "early ignition eutectic."

Die Verpuffungstemperatur des im Kern eingesetzten pyrotechnischen Materials liegt erfindungsgemäß oberhalb der Verpuffungstemperatur des Frühzündmittels. According to the invention, the deflagration temperature of the pyrotechnic material used in the core is above the deflagration temperature of the pre-ignition agent.

Durch das verbesserte Frühzündverhalten des Treibstoffelements wird es somit ermöglicht, die sonstigen Parameter des Treibstoffelements, die Einfluss auf die Abbrandcharakteristik zeigen, in größerem Umfang variieren zu können und trotzdem zu einem verbesserten oder gleichartigen Abbrandverhalten zu gelangen. The improved pre-ignition behavior of the fuel element thus makes it possible to vary the other parameters of the fuel element that influence the combustion characteristics to a greater extent and still achieve improved or similar combustion behavior.

Insbesondere kann die Geometrie der Tablette bei vergleichbarer Abbrandcharakteristik in größerem Umfang variiert oder bei verbesserter Abbrandcharakteristik beibehalten werden im Vergleich zu bekannten Treibstoffelementen. Beispielsweise kann auf sogenannte Anzündhülsen im Gasgenerator verzichtet werden, bei denen sich Druck und Temperatur separat von der restlichen Gaskammer entwickeln. In particular, the geometry of the pellet can be varied to a greater extent while maintaining comparable combustion characteristics, or it can be maintained while maintaining improved combustion characteristics compared to existing propellant elements. For example, so-called ignition sleeves in the gas generator, in which pressure and temperature develop separately from the rest of the gas chamber, can be omitted.

Dadurch, dass das Treibstoffelement in Tablettenform vorliegt, kann das Treibstoffelement besonders kostengünstig hergestellt werden, beispielsweise durch ein Kompressionsverfahren. Because the fuel element is in tablet form, it can be produced particularly cost-effectively, for example by a compression process.

Die geometrische Form der Tablette ist nicht weiter eingeschränkt. Insbesondere weist die Tablette eine zylindrische Form auf. The geometric shape of the tablet is not further restricted. In particular, the tablet has a cylindrical shape.

Das pyrotechnische Frühzündmittel kann eine Verpuffungstemperatur von 450 K oder weniger aufweisen, bevorzugt von 435 K oder weniger. Auf diese Weise kann das Treibstoffelement bei noch niedrigeren Temperaturen aktiviert werden. The pyrotechnic pre-ignition agent may have a deflagration temperature of 450 K or less, preferably 435 K or less. This allows the propellant element to be activated at even lower temperatures.

Die mindestens notwendige Verpuffungstemperatur ist nicht weiter eingeschränkt, solange eine ausreichende Lagerstabilität des Treibstoffelements über die angedachte Lebensdauer der Sicherheitseinrichtung, in der das Treibstoffelement zum Einsatz kommt, gegeben ist. Zu diesem Zweck kann das Frühzündmittel eine Verpuffungstemperatur von mindestens 381 ,15 K aufweisen, insbesondere von mindestens 403,15 K. Entsprechend kann das pyrotechnische Frühzündmittel eine Verpuffungstemperatur im Bereich von 381 , 15 bis 450 K aufweisen, bevorzugt von 403,15 K bis 435 K. The minimum required deflagration temperature is not further restricted as long as the fuel element has sufficient storage stability over the intended service life of the safety device in which the fuel element is used. For this purpose, the pre-ignition agent may have a deflagration temperature of at least 381.15 K, in particular of at least 403.15 K. Accordingly, the pyrotechnic pre-ignition agent may have a deflagration temperature in the range of 381.15 to 450 K, preferably from 403.15 K to 435 K.

In einer Variante weist das pyrotechnische Frühzündmittel eine Abbrandtemperatur von 2000 K oder mehr auf und bevorzugt eine Abbrandtemperatur im Bereich von 2100 K bis 2800 K. Niedrigere Abbrandtemperaturen können zu Frühzündmitteln führen, die eine zu niedrige Abbrandrate und/oder Explosionswärme aufweisen, wodurch das Anzünden des pyrotechnischen Materials durch die ausgelöste Frühzündschicht verzögert sein kann. In one variant, the pyrotechnic pre-ignition agent has a combustion temperature of 2000 K or more and preferably a combustion temperature in the range of 2100 K to 2800 K. Lower combustion temperatures can lead to pre-ignition agents that have too low a combustion rate and/or explosion heat, which can delay the ignition of the pyrotechnic material by the triggered pre-ignition layer.

Die relative Anordnung von pyrotechnischem Frühzündmittel und pyrotechnischer Zusammensetzung innerhalb der Tablette ist prinzipiell nicht weiter eingeschränkt, solange die jeweils gewünschte Abbrandcharakteristik erzielt werden kann. The relative arrangement of pyrotechnic pre-ignition agent and pyrotechnic composition within the tablet is in principle not further restricted as long as the desired combustion characteristics can be achieved.

Beispielsweise ist die Beschichtung aus pyrotechnischem Frühzündmittel auf einer Oberseite, einer Unterseite und/oder einer Mantelseite des Kerns aufgebracht. For example, the coating of pyrotechnic pre-ignition agent is applied to a top side, a bottom side and/or a shell side of the core.

An der Kontaktfläche zwischen pyrotechnischem Frühzündmittel und dem Kern kann das Treibstoffelement eine kontaktverbessernde Oberflächengestaltung aufweisen. Beispielsweise weist der Kern Vertiefungen auf, in denen das pyrotechnische Frühzündmittel eingebracht ist und/oder der Kern verfügt über eine angeraute Kontaktfläche, die mit dem Frühzündmittel in Verbindung steht. Auf diese Weise wird die Überzündbarkeit des pyrotechnischen Frühzündmittels auf die pyrotechnische Zusammensetzung weiter verbessert. At the contact surface between the pyrotechnic pre-ignition agent and the core, the propellant element can have a contact-enhancing surface design. For example, the core has recesses into which the pyrotechnic pre-ignition agent is incorporated and/or the core has a roughened contact surface that is in contact with the pre-ignition agent. This further improves the transferability of the pyrotechnic pre-ignition agent to the pyrotechnic composition.

Grundsätzlich kann die Schichtdicke der Beschichtung aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel beliebig gewählt werden, in Abhängigkeit der gewünschten Abbrandcharakteristik des Treibstoffelements. In principle, the layer thickness of the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent can be chosen arbitrarily, depending on the desired combustion characteristics of the propellant element.

In einer Variante beträgt die Dicke der Beschichtung aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel 10 % oder weniger der Dicke der Tablette. Auf diese Weise kann besonders einfach sichergestellt werden, dass die Tablette als Ganzes durch das pyrotechnische Frühzündmittel bereits bei einer niedrigen Temperatur gezündet wird, das weitere Verhalten der Tablette jedoch wesentlich von der pyrotechnischen Zusammensetzung des Kerns bestimmt ist. In one variant, the thickness of the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent is 10% or less of the thickness of the tablet. This makes it particularly easy to ensure that the tablet as a whole is ignited by the pyrotechnic pre-ignition agent even at a low temperature. However, the further behavior of the tablet is essentially determined by the pyrotechnic composition of the core.

Weist die Tablette mehrere voneinander räumlich getrennte Bereiche mit der Beschichtung aus dem pyrotechnischem Frühzündmittel auf, wird hierbei die Dicke desjenigen Teils der Beschichtung gezählt, der die größte Dicke aufweist. If the tablet has several spatially separated areas with the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent, the thickness of the part of the coating with the greatest thickness is counted.

Beispielsweise liegt die Dicke der Beschichtung aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel im Bereich von 0,5 bis 3,0 mm. For example, the thickness of the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent is in the range of 0.5 to 3.0 mm.

Das pyrotechnische Frühzündmittel umfasst als Komponente (A) einen Brennstoff und als Komponente (B) ein Oxidationsmittel sowie wahlweise als Komponente (C) weitere Zusatzstoffe. The pyrotechnic pre-ignition agent comprises a fuel as component (A) and an oxidising agent as component (B) and optionally further additives as component (C).

Der Brennstoff (A) des pyrotechnischen Frühzündmittels ist insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1 -Nitroguanidin, Guanidiniumnitrat, Nitrotriazolon, Nitrocellulose, Metallen, insbesondere Bor, Aluminium, Titan, Zirkon, Wolfram, und Kombinationen davon. The fuel (A) of the pyrotechnic pre-ignition agent is in particular selected from the group consisting of 1-nitroguanidine, guanidinium nitrate, nitrotriazolone, nitrocellulose, metals, in particular boron, aluminum, titanium, zirconium, tungsten, and combinations thereof.

Das Oxidationsmittel (B) des pyrotechnischen Frühzündmittels ist insbesondere ausgewählt aus der Gruppe der Chlorate, Perchlorate, Metalloxide und Kombinationen davon. Bevorzugt umfasst das Oxidationsmittel des pyrotechnischen Frühzündmittels Kaliumperchlorat oder besteht aus Kaliumperchlorat. The oxidizing agent (B) of the pyrotechnic pre-ignition agent is in particular selected from the group of chlorates, perchlorates, metal oxides, and combinations thereof. The oxidizing agent of the pyrotechnic pre-ignition agent preferably comprises or consists of potassium perchlorate.

In einer Variante umfasst das pyrotechnische Frühzündmittel die folgenden Komponenten: In one variant, the pyrotechnic pre-ignition agent comprises the following components:

(A) 60 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 60 bis 92 Gew.-% mindestens eines Brennstoffs, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 1 -Nitroguanidin, Guanidiniumnitrat, Nitrotriazolon, Nitrocellulose, Metallen, insbesondere Bor, Aluminium, Titan, Zirkon und/oder Wolfram und Kombinationen davon, (A) 60 to 95% by weight, preferably 60 to 92% by weight of at least one fuel selected from the group consisting of 1-nitroguanidine, guanidinium nitrate, nitrotriazolone, nitrocellulose, metals, in particular boron, aluminum, titanium, zirconium and/or tungsten and combinations thereof,

(B) 2 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 6 bis 40 Gew.-%, mindestens eines Oxidationsmittels, das ausgewählt ist aus der Gruppe der Chlorate, Perchlorate, Metalloxide und Kombinationen davon, bevorzugt Kaliumperchlorat umfasst, und (C) 0 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 2 Gew.-%, weitere Zusatzstoffe, die ausgewählt sind aus der Gruppe der Metalloxide, Silica, Stearaten, Schmierölen und Kombinationen davon, bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxid, Magnesiumoxid, amorphem Silica, hydrophobem Silica, Calciumstearat, C15-C30-Schmierölen und Kombinationen davon, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des pyrotechnischen Frühzündmittels, wobei sich die Anteile der Komponenten (A) bis (C) zu 100 Gewichtsprozent ergänzen. (B) 2 to 40 wt.%, preferably 6 to 40 wt.%, of at least one oxidizing agent selected from the group of chlorates, perchlorates, metal oxides and combinations thereof, preferably potassium perchlorate, and (C) 0 to 3% by weight, preferably 0 to 2% by weight, of further additives selected from the group of metal oxides, silica, stearates, lubricating oils and combinations thereof, preferably from the group consisting of iron oxide, magnesium oxide, amorphous silica, hydrophobic silica, calcium stearate, C15-C30 lubricating oils and combinations thereof, in each case based on the total weight of the pyrotechnic pre-ignition agent, the proportions of components (A) to (C) adding up to 100% by weight.

Der Kern kann einen ersten Kernbereich aus einem ersten pyrotechnischen Material und einen zweiten Kernbereich aus einem zweiten pyrotechnischen Material aufweisen, wobei sich das erste pyrotechnische Material und das zweite pyrotechnische Material voneinander unterscheiden. Auf diese Weise kann die Abbrandcharakteristik des Treibstoffelements neben der gewählten Beschichtung aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel zusätzlich über die Wahl des ersten und zweiten pyrotechnischen Materials beeinflusst werden. The core can have a first core region made of a first pyrotechnic material and a second core region made of a second pyrotechnic material, wherein the first pyrotechnic material and the second pyrotechnic material differ from each other. In this way, the combustion characteristics of the propellant element can be influenced by the choice of the first and second pyrotechnic materials in addition to the selected coating of the pyrotechnic pre-ignition agent.

Die beiden pyrotechnischen Materialien, also das erste pyrotechnische Material und das zweite pyrotechnische Material, unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich mindestens einer der folgenden Eigenschaften: chemische Zusammensetzung, Abbrandrate, Abbrandtemperatur, Gasausbeute, durchschnittliche Korngröße, Partikelverteilung, Partikelmorphologie, Hygroskopizität, Selbstentzündungstemperatur, Entzündbarkeit, Verpuffungstemperatur und der Überzündbarkeit. Die beiden pyrotechnischen Materialien können sich auch in zwei oder mehr der vorgenannten Eigenschaften unterscheiden. The two pyrotechnic materials, i.e., the first pyrotechnic material and the second pyrotechnic material, differ in particular with respect to at least one of the following properties: chemical composition, combustion rate, combustion temperature, gas yield, average grain size, particle distribution, particle morphology, hygroscopicity, autoignition temperature, ignitability, deflagration temperature, and overignitability. The two pyrotechnic materials may also differ in two or more of the aforementioned properties.

Die Verpuffungstemperatur sowohl des ersten pyrotechnischen Materials als auch des zweiten pyrotechnischen Materials liegt erfindungsgemäß oberhalb der Verpuffungstemperatur des pyrotechnischen Frühzündmittels. According to the invention, the deflagration temperature of both the first pyrotechnic material and the second pyrotechnic material is above the deflagration temperature of the pyrotechnic pre-ignition agent.

Vorteilhafterweise weist das erste pyrotechnische Material eine höhere Abbrandgeschwindigkeit auf als das zweite pyrotechnische Material. Beispielsweise kann das erste pyrotechnische Material eine Abbrandgeschwindigkeit in einem Bereich von 20 bis 60 mm/s bei 20 MPa, bevorzugt 25 bis 55 mm/s bei 20 MPa, und das zweite pyrotechnische Material eine Abbrandgeschwindigkeit in einem Bereich von 5 bis 30 mm/s bei 20 MPa, bevorzugt von 15 bis 25 mm/s bei 20 MPa, aufweisen. Auf diese Weise kann ein degressiver Abbrand des ersten Kernbereichs vermieden werden, wodurch ein noch gleichmäßigerer Abbrand der Tablette erreicht wird. Advantageously, the first pyrotechnic material has a higher burning rate than the second pyrotechnic material. For example, the first pyrotechnic material may have a burning rate in a range of 20 to 60 mm/s at 20 MPa, preferably 25 to 55 mm/s at 20 MPa, and the second pyrotechnic material has a burning rate in a range of 5 to 30 mm/s at 20 MPa, preferably 15 to 25 mm/s at 20 MPa. In this way, a degressive burning of the first core region can be avoided, thereby achieving an even more uniform burning of the tablet.

Gemäß einem weiteren Aspekt weist das erste pyrotechnische Material eine Korngröße auf, die sich von der Korngröße des zweiten pyrotechnischen Materials unterscheidet, wobei insbesondere das erste pyrotechnische Material eine mittlere Korngröße (D50) in einem Bereich von 1 bis 30 pm aufweist und das zweite pyrotechnische Material eine mittlere Korngröße (D50) in einem Bereich von 3 bis 100 pm aufweist. According to a further aspect, the first pyrotechnic material has a grain size which differs from the grain size of the second pyrotechnic material, wherein in particular the first pyrotechnic material has an average grain size (D50) in a range from 1 to 30 pm and the second pyrotechnic material has an average grain size (D50) in a range from 3 to 100 pm.

Das erste pyrotechnische Material und das zweite pyrotechnische Material umfassen jeweils mindestens einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel. The first pyrotechnic material and the second pyrotechnic material each comprise at least a fuel and an oxidizer.

Prinzipiell ist die Erfindung in Bezug auf den Brennstoff und das Oxidationsmittel des ersten und des zweiten pyrotechnischen Materials nicht eingeschränkt. Es kann jeder im Stand der T echnik bekannte Brennstoff und jedes Oxidationsmittel verwendet werden, die dazu geeignet sind, ein Treibstoffelement für einen Gasgenerator zu bilden. In principle, the invention is not limited with respect to the fuel and oxidizer of the first and second pyrotechnic materials. Any fuel and oxidizer known in the art that are suitable for forming a propellant element for a gas generator can be used.

Vorteilhafterweise ist der Brennstoff des ersten und/oder zweiten pyrotechnischen Materials ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Guanidiniumsalzen, Aluminium, Polyvinylacetat, 1-Nitroguanidin, Nitrotriazolon, Tetrazolen, Bitetrazolen und Nitrocellulose sowie Kombinationen davon. Advantageously, the fuel of the first and/or second pyrotechnic material is selected from the group consisting of guanidinium salts, aluminum, polyvinyl acetate, 1-nitroguanidine, nitrotriazolone, tetrazoles, bitetrazoles and nitrocellulose and combinations thereof.

Derartige Brennstoffe können bei Aktivierung ein großes Gasvolumen erzeugen und ermöglichen pyrotechnische Zusammensetzungen, in denen die Abbrandgeschwindigkeit in einem großen Bereich einstellbar ist. Such fuels can generate a large gas volume upon activation and enable pyrotechnic compositions in which the burning rate can be adjusted over a wide range.

Das Oxidationsmittel des ersten und/oder zweiten pyrotechnischen Materials ist insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Perchloraten, Kupferoxid, basischem Kupfernitrat, basischem Kupferzinknitrat, Natriumnitrat, Kaliumnitrat sowie Kombinationen davon. Das Oxidationsmittel dient insbesondere dazu, die Abbrandgeschwindigkeit des jeweiligen pyrotechnischen Materials zu erhöhen. Je nach Auswahl des Oxidationsmittels kann daher die Abbrandgeschwindigkeit des Treibstoffelements beeinflusst werden. Ferner können das erste und das zweite pyrotechnische Material jeweils mindestens einen weiteren Zusatzstoff aufweisen, der insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stabilisatoren, Brennratenmodifikatoren, Bindern, Presszusätzen sowie Kombinationen davon. Durch die Beigabe eines der oben genannten Zusätze können die Eigenschaften des Treibstoffelements verändert werden. The oxidizing agent of the first and/or second pyrotechnic material is selected, in particular, from the group consisting of perchlorates, copper oxide, basic copper nitrate, basic copper zinc nitrate, sodium nitrate, potassium nitrate, and combinations thereof. The oxidizing agent serves, in particular, to increase the burning rate of the respective pyrotechnic material. Depending on the selection of the oxidizing agent, the burning rate of the propellant element can therefore be influenced. Furthermore, the first and second pyrotechnic materials can each contain at least one further additive, which is in particular selected from the group consisting of stabilizers, burn rate modifiers, binders, compression additives, and combinations thereof. The properties of the propellant element can be modified by adding one of the above-mentioned additives.

Als Brennratenmodifikator kann insbesondere Eisen(l I l)-oxid, Magnesiumoxid, Titanoxid, Aluminiumoxid sowie Kombinationen davon verwendet werden. In particular, iron(II) oxide, magnesium oxide, titanium oxide, aluminum oxide and combinations thereof can be used as burn rate modifiers.

Als Presszusatz kann insbesondere amorphes Silica, Calciumstearat und Schmieröl auf Kohlenwasserstoffbasis, vorzugsweise Schmieröl auf Basis von aliphatischen Kohlenwasserstoffverbindungen mit 15 bis 30 Kohlenstoffatomen, sowie Kombinationen davon verwendet werden. In particular, amorphous silica, calcium stearate and hydrocarbon-based lubricating oil, preferably lubricating oil based on aliphatic hydrocarbon compounds having 15 to 30 carbon atoms, as well as combinations thereof, can be used as pressing additives.

Als Stabilisator kann beispielsweise Akardit II (3-Methyl-1 ,1-diphenylharnstoff) verwendet werden. For example, Akardit II (3-methyl-1,1-diphenylurea) can be used as a stabilizer.

Als Binder können beispielsweise Alkylcellulosen, Hydroxyalkylcellulosen, Carboxymethylcellulosen, Cellulosecarboxylate, Xanthan, Hydroxyl-terminiertes Polybutadien (HTPB) und Carboxyl-terminiertes Polybutadien (CTPB) sowie Kombinationen davon verwendet werden. Binders that can be used include, for example, alkylcelluloses, hydroxyalkylcelluloses, carboxymethylcelluloses, cellulose carboxylates, xanthan, hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB) and carboxyl-terminated polybutadiene (CTPB) and combinations thereof.

Vorteilhafterweise unterscheiden sich die chemischen Zusammensetzungen des ersten und des zweiten pyrotechnischen Materials voneinander. Advantageously, the chemical compositions of the first and second pyrotechnic materials differ from each other.

Gemäß einem Aspekt unterscheiden sich das erste pyrotechnische Material und das zweite pyrotechnische Material in der Auswahl mindestens eines der Komponenten wie Brennstoff, Oxidationsmittel und eines Zusatzstoffs. According to one aspect, the first pyrotechnic material and the second pyrotechnic material differ in the selection of at least one of the components such as fuel, oxidizer and an additive.

Das erste und das zweite pyrotechnische Material können auch auf den gleichen Komponenten basieren, sich aber hinsichtlich der Anteile der Komponenten unterscheiden. Auf diese Weise kann ebenfalls eine Veränderung der Abbrandcharakteristik vorgenommen werden. Beispielsweise kann das erste pyrotechnische Material einen erhöhten Anteil an Oxidationsmittel aufweisen, was zu einer Erhöhung der Abbrandgeschwindigkeit gegenüber dem zweiten pyrotechnischen Material führen kann. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das erste pyrotechnische Material die folgenden Komponenten: The first and second pyrotechnic materials can also be based on the same components, but differ in their component proportions. This can also alter the combustion characteristics. For example, the first pyrotechnic material can have a higher proportion of oxidizer, which can lead to an increased combustion rate compared to the second pyrotechnic material. According to a further aspect of the invention, the first pyrotechnic material comprises the following components:

(A) 10 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 33 bis 66 Gew.-%, mindestens eines(A) 10 to 95 wt.%, preferably 33 to 66 wt.%, of at least one

Brennstoffs, ausgewählt aus der Gruppe bestehend ausFuel selected from the group consisting of

Guanidiniumnitrat, Aluminium, Polyvinylacetat, Nitrotriazolon,Guanidinium nitrate, aluminum, polyvinyl acetate, nitrotriazolone,

1 -Nitroguanidin, Tetrazolen, Bitetrazolen, Nitrocellulose und Kombinationen davon; 1-Nitroguanidine, tetrazoles, bitetrazoles, nitrocellulose and combinations thereof;

(B) 5 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 85 Gew.-%, mindestens eines Oxidationsmittels, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kaliumperchlorat, Ammoniumperchlorat, Perchloraten, Kupferoxid, basischem Kupfernitrat, basischem Kupferzinknitrat, Natriumnitrat, Kaliumnitrat, weiteren Nitratsalzen und Kombinationen davon; und(B) 5 to 90% by weight, preferably 25 to 85% by weight, of at least one oxidizing agent selected from the group consisting of potassium perchlorate, ammonium perchlorate, perchlorates, copper oxide, basic copper nitrate, basic copper zinc nitrate, sodium nitrate, potassium nitrate, other nitrate salts, and combinations thereof; and

(C) 0 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 5 Gew.-%, weitere Zusatzstoffe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxid, Magnesiumoxid, amorphem Silica, hydrophobem Silica, Calciumstearat, weiteren Stearatsalzen, Fettsäuresalzen, Schmieröl und Kombinationen davon, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des ersten Kernbereichs, wobei sich die Anteile der Komponenten (A) bis (C) zu 100 Gewichtsprozent ergänzen. (C) 0 to 15% by weight, preferably 0 to 5% by weight, of further additives selected from the group consisting of iron oxide, magnesium oxide, amorphous silica, hydrophobic silica, calcium stearate, other stearate salts, fatty acid salts, lubricating oil and combinations thereof, in each case based on the total weight of the first core region, wherein the proportions of components (A) to (C) add up to 100% by weight.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das zweite pyrotechnische Material die folgenden Komponenten: According to a further aspect, the second pyrotechnic material comprises the following components:

(A) 20 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise 45 bis 65 Gew.-%, mindestens eines Brennstoffs aus der Gruppe bestehend aus Guanidiniumnitrat und Bitetrazol sowie Kombinationen davon; (A) 20 to 75 wt.%, preferably 45 to 65 wt.%, of at least one fuel selected from the group consisting of guanidinium nitrate and bitetrazole, and combinations thereof;

(B) 25 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 39 bis 56 Gew.-%, mindestens eines Oxidationsmittels, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ammoniumperchlorat, Kaliumperchlorat, Perchloraten, Natriumnitrat, Kupferoxid, basischem Kupfernitrat, basischem Kupferzinknitrat, weiteren Nitratsalzen sowie Kombinationen davon; und (B) 25 to 60% by weight, preferably 39 to 56% by weight, of at least one oxidizing agent selected from the group consisting of ammonium perchlorate, potassium perchlorate, perchlorates, sodium nitrate, copper oxide, basic copper nitrate, basic copper zinc nitrate, other nitrate salts, and combinations thereof; and

(C) 0 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 5 Gew.-%, weitere Zusatzstoffe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxid, Titanoxid, Aluminiumoxid, Calciumstearat, weiteren Stearatsalzen, Fettsäuresalzen sowie Kombinationen davon, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des zweiten Kernbereichs, wobei sich die Anteile der Komponenten (A) bis (C) zu 100 Gewichtsprozent ergänzen. (C) 0 to 15 wt.%, preferably 0 to 5 wt.%, of further additives selected from the group consisting of iron oxide, titanium oxide, Aluminum oxide, calcium stearate, other stearate salts, fatty acid salts and combinations thereof, each based on the total weight of the second core region, wherein the proportions of components (A) to (C) add up to 100 percent by weight.

Um die Anzündbarkeit des Treibstoffelements weiter zu verbessern, kann die Tablette eine Manteltablette sein, in der der erste Kernbereich wenigstens teilweise mit einer Umhüllung versehen ist, die durch den zweiten Kernbereich und/oder die Beschichtung aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel gebildet ist, wobei der erste Kernbereich einen in radialer Richtung vorstehenden Randabschnitt aufweist, der sich durch die Umhüllung hindurch bis zu einer Außenkontur der Manteltablette erstreckt, wobei der Randabschntit entlang einer Umfangrichtung der Manteltablette ausgebildet ist und in Axialrichtung der Manteltablette eine geringere Ausdehnung als der erste Kernbereich aufweist. In order to further improve the ignitability of the propellant element, the tablet can be a jacketed tablet in which the first core region is at least partially provided with a casing which is formed by the second core region and/or the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent, wherein the first core region has an edge section which projects in the radial direction and extends through the casing to an outer contour of the jacketed tablet, wherein the edge section is formed along a circumferential direction of the jacketed tablet and has a smaller extent in the axial direction of the jacketed tablet than the first core region.

Prinzipiell kann die Umhüllung analog zum Mantelbereich der in der deutschen Patentanmeldung 10 2022 108 291.1 beschriebenen Manteltablette ausgeführt sein. Jedoch ist erfindungsgemäß entweder die Beschichtung aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel Bestandteil der Umhüllung oder zusätzlich zu einer Umhüllung aus zweitem pyrotechnischem Material vorgesehen. Auf diese Weise wird das Frühzündverhalten des erfindungsgemäßen Treibstoffelements weiter verbessert. In principle, the casing can be designed analogously to the shell region of the shell-shaped pellet described in German patent application 10 2022 108 291.1. However, according to the invention, the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent is either a component of the casing or is provided in addition to a casing made of a second pyrotechnic material. In this way, the pre-ignition behavior of the propellant element according to the invention is further improved.

In dieser Variante ist in der Umhüllung eine Öffnung in Form eines Spalts vorgesehen, die den ersten Kernbereich über den Randabschnitt mit der Außenkontur der Manteltablette verbindet. Auf diese Weise kann lediglich ein Teil des ersten Kernbereichs zur Umgebung hin exponiert werden, ohne den kompletten ersten Kernbereich zugänglich zu machen. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Randabschnitt in axialer Richtung der Manteltablette eine geringere Ausdehnung als der erste Kernbereich aufweist. Das Vorhandensein eines Randabschnitts gewährleistet daher, dass der Abbrand des ersten Kernbereichs zwar im Wesentlichen parallel mit dem Abbrand der Umhüllung stattfindet, aber dennoch durch die geometrische Gestaltung der Tablette verzögert wird, wodurch ein unerwünschter degressiver Abbrand der Tablette verhindert werden kann. Zudem kann, neben dem grundsätzlichen Einsatz der Beschichtung aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel, auf diese Weise die Anzündbarkeit der erfindungsgemäßen Manteltablette gezielt eingestellt werden. Dies kann über die Wahl der axialen Ausdehnung des Spalts geschehen, wodurch die Zugänglichkeit des ersten Kernbereichs in Form des Randabschnitts verändert wird. Bei der Wahl eines größeren Spalts kann mehr Randabschnitt und somit ein größerer Teil des Kerns der Anzündung zugänglich gemacht werden, während bei einer geringen axialen Ausdehnung des Spalts ein gegenteiliger Effekt eintritt und die Anzündbarkeit des ersten Kernbereichs reduziert wird. Diese vorteilhafte Steuerung der Eigenschaften ist nicht auf das oben genannte Beispiel der Anzündbarkeit beschränkt, sondern gilt allgemein auch für weitere Abbrandcharakteristiken wie die Degressivität des Abbrands. Die hier vorgeschlagene Manteltablette kann somit als eine Hybridform zwischen bekannten Manteltabletten und Mehrschicht-Tabletten verstanden werden. In this variant, an opening in the form of a gap is provided in the casing, which connects the first core region to the outer contour of the coated tablet via the edge section. In this way, only a part of the first core region can be exposed to the environment without making the entire first core region accessible. This is achieved in particular by the edge section having a smaller extent in the axial direction of the coated tablet than the first core region. The presence of an edge section therefore ensures that the combustion of the first core region takes place essentially parallel to the combustion of the casing, but is nevertheless delayed by the geometric design of the tablet, whereby undesirable degressive combustion of the tablet can be prevented. In addition to the basic use of the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent, the ignitability of the coated tablet according to the invention can be specifically adjusted in this way. This can be achieved by selecting the axial extent of the gap, which changes the accessibility of the first core region in the form of the edge section. Choosing a larger gap allows more of the edge section and thus a larger part of the core to be made accessible for ignition, whereas a smaller axial extent of the gap has the opposite effect and reduces the ignitability of the first core region. This advantageous control of the properties is not limited to the above-mentioned example of ignitability, but also generally applies to other combustion characteristics such as the degressivity of combustion. The coated tablet proposed here can thus be understood as a hybrid form between known coated tablets and multilayer tablets.

Bei geringerer Selbstentzündungstemperatur des ersten pyrotechnischen Materials im Vergleich zum zweiten pyrotechnischen Material kann eine verbesserte Frühzündfunktion durch den exponierten Steg ermöglicht werden. If the autoignition temperature of the first pyrotechnic material is lower than that of the second pyrotechnic material, an improved early ignition function can be enabled by the exposed web.

Folglich kann durch die geometrische Gestaltung der vorgeschlagenen Manteltablette eine verbesserte Kontrolle über die Abbrandcharakteristik erreicht werden. Consequently, the geometric design of the proposed coated pellet can achieve improved control over the combustion characteristics.

Die oben vorgeschlagenen Zusammensetzungen des ersten und des zweiten pyrotechnischen Materials eignen sich besonders für die Verwendung in einer Manteltablette für einen Gasgenerator. Die Zusammensetzung des ersten pyrotechnischen Materials weist dabei eine schnellere Abbrandgeschwindigkeit auf als die Zusammensetzung des zweiten pyrotechnischen Materials. Eine Tablette, welche die oben genannten Zusammensetzungen beinhaltet, weist insbesondere eine verringerte Degressivität des Abbrands auf. The above-proposed compositions of the first and second pyrotechnic materials are particularly suitable for use in a coated tablet for a gas generator. The composition of the first pyrotechnic material exhibits a faster burning rate than the composition of the second pyrotechnic material. A tablet containing the above-mentioned compositions exhibits, in particular, a reduced degressivity of burning.

Weist die Manteltablette eine zylindrische Form mit einer Tablettenoberseite und einer zur Tablettenoberseite entgegengesetzten Tablettenunterseite auf, kann zwischen der Tablettenoberseite und der Tablettenunterseite ein Stegabschnitt angeordnet sein, der als bandförmiger Begrenzungsring um die Tablette verläuft und den ersten Kernbereich in seiner radialen Ausdehnung begrenzt. Der Stegabschnitt wird bei einer Kompression durch eine Matrizenwand in seiner Form festgelegt. Die Höhe des Stegabschnitts kann beliebig gewählt sein und begrenzt die axiale Ausdehnung des Randabschnitts des ersten Kernbereichs. Es können aber auch zwei Stege vorhanden sein, die den Randabschnitt des Kerns beidseitig in seiner axialen Ausdehnung begrenzen. If the coated tablet has a cylindrical shape with a tablet top and a tablet bottom opposite the tablet top, a web section can be arranged between the tablet top and the tablet bottom, which runs as a band-shaped boundary ring around the tablet and limits the first core region in its radial extent. The web section is retained in its shape by a die wall during compression. The height of the web section can be chosen arbitrarily and limits the axial extent of the edge section of the first core area. However, there can also be two webs that limit the axial extent of the edge section of the core on both sides.

Die Tablettenoberseite und die Tablettenunterseite können eine Wölbung aufweisen oder mit Facetten versehen sein. Im Falle einer gewölbten Tablette weist diese eine bikonvexe Form auf. Die Tablettenoberseite und die Tablettenunterseite bilden insbesondere Kugelkalotten. Die Wölbung weist einen Wölbungsradius auf, welcher den Radius der Kugelkalotte darstellt. The top and bottom of the tablet may be curved or faceted. A curved tablet has a biconvex shape. The top and bottom of the tablet form, in particular, spherical caps. The curvature has a radius of curvature, which represents the radius of the spherical cap.

Wie oben beschrieben kann die erfindungsgemäße Tablette eine Umhüllung aufweisen. Die Erfindung ist in Bezug auf die Umhüllung nicht eingeschränkt. Prinzipiell kann die Form der Umhüllung beliebig ausgeführt sein. Zudem bildet die Umhüllung insbesondere die Außenkontur der Manteltablette mit Ausnahme des Randabschnittes, der sich durch diese erstreckt. Daher kann die Umhüllung auch den Steg sowie die Tablettenoberseite und die Tablettenunterseite umfassen. As described above, the tablet according to the invention can have a coating. The invention is not restricted with regard to the coating. In principle, the coating can be of any shape. Furthermore, the coating forms, in particular, the outer contour of the coated tablet, with the exception of the edge portion that extends through it. Therefore, the coating can also encompass the web as well as the top and bottom of the tablet.

Zusätzlich zur Form der Umhüllung ist auch die Schichtdicke der Umhüllung beliebig wählbar. Je nach aus Auswahl der Schichtdicke kann die Abbrandcharakteristik der Tablette beeinflusst werden. In addition to the coating shape, the coating thickness can also be freely selected. Depending on the layer thickness selected, the burning characteristics of the tablet can be influenced.

Die Umhüllung umgibt mit Ausnahme des Randabschnitts den Kern insbesondere vollständig. Die Positionierung des Randabschnitts relativ zum Kern ist dabei beliebig. Beispielsweise kann der Randabschnitt mittig zum Kern oder leicht versetzt zum Kern angeordnet sein. Generell können auch mehrere Randabschnitte vorgesehen sein. Diese können insbesondere parallel zueinander verlaufen oder sich kreuzen. The sheathing completely surrounds the core, with the exception of the edge section. The positioning of the edge section relative to the core is arbitrary. For example, the edge section can be positioned centrally or slightly offset from the core. In general, multiple edge sections can also be provided. These can, in particular, run parallel to one another or intersect.

Darüber hinaus ist auch die axiale Ausdehnung des Randabschnitts beliebig, solange die axiale Ausdehnung des Randabschnitts niedriger ist als die des ersten Kernbereichs. Furthermore, the axial extent of the edge section is also arbitrary as long as the axial extent of the edge section is lower than that of the first core area.

Beispielsweise kann die axiale Ausdehnung des Randabschnitts höchstens 80 % der axialen Ausdehnung des ersten Kernbereichs aufweisen, vorzugsweise 60 %, bevorzugt 40 %, ganz besonders bevorzugt 10 %. Der Randabschnitt kann in axialer Richtung vorzugsweise eine Ausdehnung von 100 bis 3000 pm aufweisen, bevorzugt von 100 bis 800 pm. For example, the axial extent of the edge portion may be at most 80% of the axial extent of the first core region, preferably 60%, more preferably 40%, most preferably 10%. The edge section may preferably have an extension of 100 to 3000 pm in the axial direction, preferably of 100 to 800 pm.

Über die axiale Ausdehnung des Randabschnitts kann die Abbrandcharakteristik der Tablette weiter beeinflusst werden. The burning characteristics of the tablet can be further influenced by the axial extension of the edge section.

Für den ersten Kernbereich mit dem Randabschnitt kann jede beliebige Form gewählt werden, solange die oben genannten Bedingungen erfüllt sind. Vorteilhafterweise weist der Kern mit Randabschnitt eine Form auf, die mittels Kompression herstellbar ist. Any shape can be chosen for the first core region with the edge section, as long as the above conditions are met. Advantageously, the core with the edge section has a shape that can be produced by compression.

Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der erste Kernbereich mit dem Randabschnitt einen T-förmigen Querschnitt aufweist. Dies bietet den Vorteil, dass ein derartig geformter erster Kernbereich mit Randabschnitt besonders einfach hergestellt werden kann. One aspect of the invention provides that the first core region with the edge portion has a T-shaped cross-section. This offers the advantage that such a shaped first core region with edge portion can be manufactured particularly easily.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Kernbereich mit dem Randabschnitt einen keilförmigen Querschnitt aufweist. According to another aspect of the invention, it is provided that the first core region with the edge portion has a wedge-shaped cross section.

Gemäß einem anderen Aspekt ist der erste Kernbereich mit dem Randabschnitt konvex geformt, weiter bevorzugt ist der erste Kernbereich mit dem Randabschnitt bikonvex geformt. According to another aspect, the first core region with the edge portion is convexly shaped, more preferably the first core region with the edge portion is biconvexly shaped.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der erste Kernbereich mit dem Randabschnitt asymmetrisch bikonvex geformt. Eine asymmetrisch bikonvexe Form des ersten Kernbereichs mit dem Randabschnitt bietet den Vorteil, dass bei einer Herstellung desselben mittels Kompression eine besonders kompakte Verdichtung erfolgen kann. Hierdurch können insbesondere unerwünschte Lufteinschlüsse im Pressling vermieden werden. According to a further embodiment, the first core region with the edge section is shaped asymmetrically biconvex. An asymmetrical biconvex shape of the first core region with the edge section offers the advantage that, when manufactured by compression, a particularly compact compaction can be achieved. This can, in particular, prevent unwanted air inclusions in the compact.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist vorgesehen, dass der Randabschnitt entlang einer Umfangrichtung der Manteltablette durchgängig ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine besonders gleichmäßige Anzündbarkeit gewährleistet werden. According to a further aspect, the edge portion is designed to be continuous along a circumferential direction of the coated tablet. This ensures particularly uniform ignitability.

Die Tablette kann auf mindestens einer ihrer Stirnseiten und/oder der Mantelseiten mit einer Zusatzbeschichtung versehen sein. Durch die Zusatzbeschichtung können weitere Funktionalitäten der Tablette erreicht werden. Wird auf eine Tablette mit einer vom Randabschnitt unterbrochenen Umhüllung zurückgegriffen, ist es von Vorteil, die Zusatzbeschichtung auf einer der Stirnseiten anzubringen, da auf diese Weise der Randabschnitt von der Zusatzbeschichtung nicht verdeckt wird. Damit wird die Zugänglichkeit des ersten Kernbereichs nicht beeinträchtigt. The tablet can be provided with an additional coating on at least one of its end faces and/or the shell sides. This additional coating can provide additional tablet functionality. If a tablet with a coating interrupted by the edge section is used, it is advantageous to apply the additional coating to one of the end faces, as this way the edge section is not covered by the additional coating. This ensures that accessibility to the first core area is not compromised.

Allerdings ist es auch denkbar, dass die Zusatzbeschichtung die komplette Tablette umhüllt, also neben den Stirnseiten auch auf den Mantelseiten angeordnet ist, oder dass nur die Mantelseiten mit der Zusatzbeschichtung versehen sind. However, it is also conceivable that the additional coating covers the entire tablet, i.e. is arranged on the shell sides as well as the end faces, or that only the shell sides are provided with the additional coating.

Die Zusatzbeschichtung kann insbesondere eine Feuchteschutzbeschichtung umfassen. Eine mit einer solchen Zusatzbeschichtung versehene Tablette weist vorteilhafterweise eine höhere Lagerstabilität bei einer hohen Luftfeuchtigkeit auf. The additional coating may, in particular, comprise a moisture protection coating. A tablet provided with such an additional coating advantageously exhibits greater storage stability at high humidity.

Als Feuchteschutzbeschichtung können beispielsweise hydrophobe Polymere, insbesondere Silicone, Polyurethane und/oder Polyester verwendet werden. Hydrophobic polymers, in particular silicones, polyurethanes and/or polyesters, can be used as moisture protection coatings.

Die Zusatzbeschichtung kann ferner eine Anzündschicht umfassen, die ebenfalls die Anzündbarkeit des Treibstoffelements verbessert, sich jedoch von der pyrotechnischen Frühzündschicht unterscheidet, insbesondere chemisch unterscheidet. Die Anzündschicht weist erfindungsgemäß eine höhere Verpuffungstemperatur auf als die Beschichtung aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel. The additional coating may further comprise an ignition layer, which also improves the ignitability of the propellant element, but differs from the pyrotechnic pre-ignition layer, in particular chemically. According to the invention, the ignition layer has a higher deflagration temperature than the coating made of the pyrotechnic pre-ignition agent.

Die Aufgabe wird zudem erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Treibstoffelements wie zuvor beschrieben, wobei das pyrotechnische Material und/oder das pyrotechnische Frühzündmittel in einer Pressmatrize zum Kern aus pyrotechnischem Material bzw. zur Beschichtung aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel verpresst werden. The object is also achieved according to the invention by a method for producing a propellant element as described above, wherein the pyrotechnic material and/or the pyrotechnic pre-ignition agent are pressed in a press die to form the core of pyrotechnic material or the coating of the pyrotechnic pre-ignition agent.

Die Merkmale und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Treibstoffelements gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. The features and properties of the fuel element according to the invention apply accordingly to the process according to the invention and vice versa.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung der erfindungsgemäßen Tablette mittels Kompressionsmaschinen. Die Herstellung von Tabletten mittels Kompressionsmaschinen ist bekannt und wird bereits seit langem in der Pharmaindustrie angewendet. Somit sind das erfindungsgemäße Treibstoffelement sowie das Verfahren zum Herstellen des Treibstoffelements besonders kostengünstig. The process according to the invention enables the production of the tablet according to the invention using compression machines. The production of tablets using compression machines is known and has been used for a long time in the pharmaceutical industry. Thus, the process according to the invention Fuel element and the process for producing the fuel element are particularly cost-effective.

Insbesondere werden die Komponenten des Treibstoffelements ausschließlich mittels Verpressens miteinander zum Treibstoffelement verbunden. Auf diese Weise wird ein kostenintensives Dragieren oder Laminieren der Frühzündschicht auf das pyrotechnische Material des Kerns bzw. umgekehrt vermieden. In particular, the components of the propellant element are joined together to form the propellant element exclusively by compression. This avoids the costly coating or lamination of the pre-ignition layer onto the pyrotechnic material of the core, or vice versa.

Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Treibstoffelements wie zuvor beschrieben in einer Sicherheitseinrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Gasgenerator. Furthermore, the invention relates to the use of a fuel element as described above in a safety device in a vehicle, in particular in a gas generator.

Die Merkmale und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Treibstoffelements gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Verwendung und umgekehrt. The features and properties of the fuel element according to the invention apply accordingly to the use according to the invention and vice versa.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von ausgewählten Ausführungsformen und Beispielen erläutert, die jedoch nicht in einem einschränkenden Sinn verstanden werden sollen, sowie den Zeichnungen. In diesen zeigen: The invention is explained below with reference to selected embodiments and examples, which, however, are not intended to be limiting, and the drawings. These show:

- Fig. 1 Druck/Zeit- Kurven von Versuchen in einer Normbrennkammer ausgewählter Komponenten erfindungsgemäßer Treibstoffelemente, - Fig. 1 Pressure/time curves of tests in a standard combustion chamber of selected components of fuel elements according to the invention,

- Fig. 2 weitere Druck/Zeit-Kurven von Versuchen in einer Normbrennkammer ausgewählter erfindungsgemäßer Treibstoffelemente sowie von Vergleichsbeispielen, - Fig. 2 further pressure/time curves of tests in a standard combustion chamber of selected fuel elements according to the invention and of comparative examples,

- Fig. 3 bis Fig. 14 schematische Darstellungen erfindungsgemäßer T reibstoffelemente, - Fig. 3 to Fig. 14 schematic representations of propellant elements according to the invention,

- Fig. 15 schematisch einen Ablauf einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen des erfindungsgemäßen Treibstoffelements, und - Fig. 15 schematically shows a sequence of a first embodiment of a method according to the invention for producing the fuel element according to the invention, and

- Fig. 16 schematisch einen Ablauf einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen des erfindungsgemäßen Treibstoffelements. - Fig. 16 schematically shows a sequence of a second embodiment of the method according to the invention for producing the fuel element according to the invention.

Ein erfindungsgemäßes Treibstoffelement 10 für einen Gasgenerator zur Verwendung in einer Sicherheitseinrichtung liegt in Form einer Tablette vor, die einen Kern 12 aus pyrotechnischem Material sowie eine auf den Kern 12 aufgebrachte Beschichtung 14 aus einem pyrotechnischen Frühzündmittel aufweist (vgl. Fig. 3). A propellant element 10 according to the invention for a gas generator for use in a safety device is in the form of a tablet which a core 12 made of pyrotechnic material and a coating 14 made of a pyrotechnic pre-ignition agent applied to the core 12 (cf. Fig. 3).

Das pyrotechnische Material und das pyrotechnische Frühzündmittel unterscheiden sich voneinander, insbesondere hinsichtlich der Verpuffungstemperatur. Das pyrotechnische Frühzündmittel weist eine Verpuffungstemperatur von 500 K oder weniger auf, sodass das pyrotechnische Frühzündmittel erfindungsgemäß bei einer niedrigeren Temperatur aktivierbar ist als das pyrotechnische Material. The pyrotechnic material and the pyrotechnic pre-ignition agent differ from each other, particularly with regard to their deflagration temperature. The pyrotechnic pre-ignition agent has a deflagration temperature of 500 K or less, so that, according to the invention, the pyrotechnic pre-ignition agent can be activated at a lower temperature than the pyrotechnic material.

Die Merkmale und Eigenschaften des Frühzündmittels im Vergleich zu geeigneten pyrotechnischen Materialien werden im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert. The features and properties of the pre-ignition agent in comparison to suitable pyrotechnic materials are explained in more detail below using examples.

Beispiele Examples

In den Tabellen 1 bis 3 sind beispielhafte Zusammensetzungen angegeben, die sich als pyrotechnisches Material im Kern 12 eines erfindungsgemäßen Treibstoffelements 10 bzw. als pyrotechnisches Frühzündmittel in der auf den Kern 12 aufgebrachten Beschichtung 14 eignen. Tables 1 to 3 show exemplary compositions which are suitable as pyrotechnic material in the core 12 of a propellant element 10 according to the invention or as pyrotechnic pre-ignition agent in the coating 14 applied to the core 12.

Die in den Tabellen genutzten Abkürzungen bedeuten: The abbreviations used in the tables mean:

GuNi = Guanidiniumnitrat GuNi = Guanidinium nitrate

AI = Aluminium AI = aluminum

NiGu = 1-Nitroguanidin NiGu = 1-Nitroguanidine

PVA = Polyvinylacetat PVA = polyvinyl acetate

NTO = Nitrotriazolon bCN = basisches Kupfernitrat NTO = Nitrotriazolone bCN = basic copper nitrate

In Tabelle 4 sind ballistische Eigenschaften der jeweiligen Zusammensetzungen aufgeführt. Table 4 lists the ballistic properties of the respective compositions.

Das pyrotechnische Material wird ferner unterschieden nach einem ersten pyrotechnischen Material und einem zweiten pyrotechnischen Material, die sich hinsichtlich ihrer jeweiligen ballistischen Eigenschaften und somit in ihrer Abbrandcharakteristik unterscheiden. Anders ausgedrückt kann der Kern 12 des Treibstoffelements 10 einen ersten Kernbereich 15 aus dem ersten pyrotechnischen Material und einen zweiten Kernbereich 16 aus dem zweiten pyrotechnischen Material aufweisen. The pyrotechnic material is further differentiated into a first pyrotechnic material and a second pyrotechnic material, which in terms of their respective ballistic properties and thus in their combustion characteristics. In other words, the core 12 of the propellant element 10 can have a first core region 15 made of the first pyrotechnic material and a second core region 16 made of the second pyrotechnic material.

Grundlegend kann sowohl das erste pyrotechnische Material als auch das zweite pyrotechnische Material auch als einziges pyrotechnisches Material im Kern 12 vorliegen. In principle, both the first pyrotechnic material and the second pyrotechnic material can also be present as the only pyrotechnic material in the core 12.

Aus Tabelle 4 wird ersichtlich, dass sich das erste pyrotechnische Material (Beispiele A bis D) und das zweite pyrotechnische Material (Beispiele E bis H) in ihren ballistischen Eigenschaften erheblich voneinander unterscheiden. Das erste pyrotechnische Material weist eine höhere Abbrandtemperatur, eine höhere bis vergleichbare Abbrandrate bei einem Druck von 5 MPa, eine höhere Abbrandrate bei einem Druck von 20 MPa, eine höhere bis vergleichbare Verpuffungstemperatur und eine höhere Explosionswärme auf, als es für das zweite pyrotechnische Material der Fall ist. Entsprechend kann über die Wahl des eingesetzten pyrotechnischen Materials bzw. einer Kombination der verschiedenen pyrotechnischen Materialien die Abbrandcharakteristik eines Treibstoffelements in weitem Umfang eingestellt werden. Table 4 shows that the first pyrotechnic material (Examples A to D) and the second pyrotechnic material (Examples E to H) differ significantly in their ballistic properties. The first pyrotechnic material exhibits a higher combustion temperature, a higher to comparable combustion rate at a pressure of 5 MPa, a higher combustion rate at a pressure of 20 MPa, a higher to comparable deflagration temperature, and a higher explosion heat than the second pyrotechnic material. Accordingly, the combustion characteristics of a propellant element can be adjusted to a large extent by selecting the pyrotechnic material used or a combination of the various pyrotechnic materials.

Die pyrotechnischen Frühzündmittel (Beispiele I und J) weisen eine im Vergleich zu den sonstigen pyrotechnischen Zusammensetzungen der Beispiele A bis H deutlich niedrigere Verpuffungstemperatur von unter 500 K auf, nämlich von 433 K. Weitere ballistische Eigenschaften können in einem weiten Bereich variiert werden, ohne nennenswerte Änderung der Verpuffungstemperatur. The pyrotechnic pre-ignition agents (Examples I and J) have a significantly lower deflagration temperature of less than 500 K, namely 433 K, compared to the other pyrotechnic compositions of Examples A to H. Other ballistic properties can be varied within a wide range without any significant change in the deflagration temperature.

Tabelle 1 : Erste pyrotechnische Zusammensetzungen.

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Table 1 : First pyrotechnic compositions.
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Tabelle 2: Zweite pyrotechnische Zusammensetzungen.

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Table 2: Second pyrotechnic compositions.
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Tabelle 3: Pyrotechnische Frühzündmittel.

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Table 3: Pyrotechnic pre-ignition agents.
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Tabelle 4: Ballistische Eigenschaften der Zusammensetzungen gemäß Tabellen 1 bis 3.

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Table 4: Ballistic properties of the compositions according to Tables 1 to 3.
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Tabelle 5: Versuchsdaten zum Druckaufbau in der Normbrennkammer.

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Table 5: Test data on pressure build-up in the standard combustion chamber.
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Die Unterschiede im Verhalten einer ersten pyrotechnischen Zusammensetzung „Treibstoff 1“ und einer zweiten pyrotechnischen Zusammensetzung „Treibstoff 2“, die sich für den Einsatz als pyrotechnisches Material im Kern 12 des erfindungsgemäßen Treibstoffelements 10 eignen, im Vergleich zu einem pyrotechnischen Frühzündmittel wurden ferner durch Versuche in einer Normbrennkammer ermittelt. The differences in the behavior of a first pyrotechnic composition "fuel 1" and a second pyrotechnic composition "fuel 2", which are suitable for use as pyrotechnic material in the core 12 of the fuel element 10 according to the invention, compared to a pyrotechnic pre-ignition agent were further determined by tests in a standard combustion chamber.

Als Treibstoff 1 wurde das erste pyrotechnische Material gemäß Beispiel A, als Treibstoff 2 das zweite pyrotechnische Material gemäß Beispiel G und als Frühzündmittel das Frühzündmittel gemäß Beispiel I eingesetzt. The first pyrotechnic material according to Example A was used as propellant 1, the second pyrotechnic material according to Example G was used as propellant 2, and the pre-ignition agent according to Example I was used as pre-ignition agent.

Als „Normbrennkammer“ wird ein abgeschlossenes Gefäß mit einem definierten Volumen von 100 cm3 bezeichnet, in der der jeweilige Treibstoff abgebrannt wird. Die sich beim Abbrand ergebenden Druck/Zeit-Kurven charakterisieren die jeweils eingesetzte Zusammensetzung ballistisch. In Tabelle 5 sind die jeweils erhaltenen Werte tsobar aufgeführt, also die Zeit, die benötigt wird bis ein Druck von 50 bar (5 MPa) in der Normbrennkammer erreicht wurde. Ein niedriger Wert von tsobar ist erstrebenswert, um einen raschen Druckaufbau in einem Gasgenerator zu ermöglichen. A "standard combustion chamber" is a sealed vessel with a defined volume of 100 cm³ in which the respective propellant is burned. The pressure/time curves resulting from combustion characterize the respective composition ballistically. Table 5 lists the tsobar values obtained in each case, i.e., the time required to reach a pressure of 50 bar (5 MPa) in the standard combustion chamber. A low tsobar value is desirable to enable rapid pressure buildup in a gas generator.

In allen Versuchen wurde die Normbrennkammer mit zylindrischen Tabletten gefüllt, die einen Durchmesser von 6,0 mm und eine Höhe von 1 ,45 mm aufwiesen, wobei Tabletten einer Gesamtmasse von 5 g vorgelegt wurden. In all experiments, the standard combustion chamber was filled with cylindrical tablets having a diameter of 6.0 mm and a height of 1.45 mm, with tablets having a total mass of 5 g.

Die jeweils vorgelegten Tabletten wurden mittels einer Boosterladung gezündet, die wiederum über einen elektrisch gezündeten Anzünder aktiviert wurde. The tablets presented were ignited by means of a booster charge, which in turn was activated by an electrically ignited igniter.

Der Anzünder beinhaltete eine Anzündmasse einer Zusammensetzung aus 53 bis 58 Gew.-% Zirkonium als Brennstoff, 34 bis 42 Gew.-% Kaliumperchlorat als Oxidationsmittel und 4 bis 5 Gew.-% Fluorkautschuk (FKM) als Bindemittel. The igniter contained an igniter composition of 53 to 58 wt% zirconium as fuel, 34 to 42 wt% potassium perchlorate as oxidizer and 4 to 5 wt% fluororubber (FKM) as binder.

Als Boosterladungen wurden entweder eine „partikelerzeugende“ Boosterladung oder eine „gaserzeugende“ Boosterladung eingesetzt, um das jeweils zu charakterisierende Treibstoffelement auf sein ballistisches Verhalten in Abhängigkeit der Art der Zündung zu untersuchen. Das Verhalten mit einer gaserzeugenden Boosterladung entspricht einem Fall, in dem die jeweilige pyrotechnische Zusammensetzung im Wesentlichen nur über den Temperaturanstieg zünden muss, da keine oder zumindest deutlich geringere Mengen an heißen Partikeln vorhanden sind, die die Zündung unterstützen könnten. As booster charges, either a "particle-generating" booster charge or a "gas-generating" booster charge was used to investigate the ballistic behavior of the respective propellant element to be characterized as a function of the type of ignition. The behavior with a gas-generating booster charge corresponds to a case in which the respective pyrotechnic composition essentially only needs to ignite via the temperature increase, since there are no or at least significantly smaller amounts of hot particles that could support the ignition.

Die partikelerzeugende Boosterladung umfasste 27 bis 33 Gew.-% Bor als Brennstoff und 67 bis 73 Gew.-% Kaliumnitrat als Oxidationsmittel. The particle-generating booster charge comprised 27 to 33 wt% boron as fuel and 67 to 73 wt% potassium nitrate as oxidizer.

Die gaserzeugende Boosterladung umfasste 96 Gew.-% Nitrozellulose als Brennstoff, 1 bis 3 Gew.-% 3-Methyl-1,1-diphenylharnstoff als Stabilisator sowie 0 bis 2 Gew.-% Dinatriumoxalat und 0 bis 2 Gew.-% Graphit als Brennratenmodifikator. The gas-generating booster charge comprised 96 wt% nitrocellulose as fuel, 1 to 3 wt% 3-methyl-1,1-diphenylurea as stabilizer, and 0 to 2 wt% disodium oxalate and 0 to 2 wt% graphite as burn rate modifier.

Versuche, die mit der partikelerzeugenden Boosterladung durchgeführt wurden, werden in Tabelle 5 und den Figuren auch mit dem Zusatz „Partikel“ versehen, während Versuche, die mit der gaserzeugenden Boosterladung durchgeführt wurden, in Tabelle 5 und den Figuren auch mit dem Zusatz „Gas“ bezeichnet werden. Tests conducted with the particle-generating booster charge are also labeled “particle” in Table 5 and the figures, while tests conducted with the gas-generating booster charge are also labeled “gas” in Table 5 and the figures.

Fig. 1 zeigt Druck/Zeit-Kurven für einzelne Komponenten, wie sie in einem erfindungsgemäßen Treibstoffelement 10 zum Einsatz kommen können, jeweils bei Zündung mit einer partikelerzeugenden Boosterladung und bei Zündung mit einer gaserzeugenden Boosterladung. Fig. 1 shows pressure/time curves for individual components as they can be used in a fuel element 10 according to the invention, in each case when ignited with a particle-generating booster charge and when ignited with a gas-generating booster charge.

Die Kurven 18 und 20 zeigen das Verhalten einer ersten pyrotechnischen Zusammensetzung, also einer Zusammensetzung, die sich insbesondere durch eine hohe Abbrandgeschwindigkeit, eine hohe Abbrandtemperatur und eine hohe Explosionswärme auszeichnet. Wie zu erkennen ist, weist eine solche Zusammensetzung bei Aktivierung mittels einer partikelerzeugenden Boosterladung den schnellsten Druckaufbau auf, der sich bei Einsatz einer gaserzeugenden Boosterladung jedoch erheblich verzögert. Curves 18 and 20 show the behavior of a first pyrotechnic composition, i.e., a composition characterized in particular by a high burning rate, a high burning temperature, and a high heat of explosion. As can be seen, such a composition exhibits the fastest pressure buildup when activated by a particle-generating booster charge, but this is significantly delayed when a gas-generating booster charge is used.

Die Kurven 22 und 24 wiederum zeigen das Verhalten einer zweiten pyrotechnischen Zusammensetzung, also einer Zusammensetzung, die sich insbesondere durch eine niedrige Abbrandgeschwindigkeit, eine niedrige Abbrandtemperatur und eine geringe Explosionswärme auszeichnet. Diese Zusammensetzung weist sowohl einen stark verzögerten Druckaufbau als auch einen deutlich niedrigeren Maximaldruck auf, als es für die erste pyrotechnische Zusammensetzung der Fall ist. Bei Einsatz einer gaserzeugenden Boosterladung verzögert sich der Druckaufbau noch weiter. Curves 22 and 24, in turn, show the behavior of a second pyrotechnic composition, i.e., a composition characterized by a low combustion rate, a low combustion temperature, and a low explosion heat. This composition exhibits both a significantly delayed pressure buildup and a significantly lower maximum pressure than for the first pyrotechnic composition. composition is the case. When using a gas-generating booster charge, the pressure build-up is delayed even further.

Die Kurven 26 und 28 stellen das Verhalten eines pyrotechnischen Frühzündmittels dar, das sich durch eine niedrige Verpuffungstemperatur auszeichnet. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, erreicht das Frühzündmittel bereits bei Einsatz einer partikelerzeugenden Boosterladung beinahe das Verhalten der ersten pyrotechnischen Zusammensetzung. Bei Einsatz einer gaserzeugenden Boosterladung hingegen weist das Frühzündmittel den mit Abstand schnellsten Druckaufbau sowie den höchsten Maximaldruck der getesteten Beispiele auf. Curves 26 and 28 represent the behavior of a pyrotechnic pre-ignition agent characterized by a low deflagration temperature. As can be seen in Fig. 1, the pre-ignition agent almost achieves the behavior of the first pyrotechnic composition when using a particle-generating booster charge. However, when using a gas-generating booster charge, the pre-ignition agent exhibits by far the fastest pressure buildup and the highest maximum pressure of the tested examples.

Somit eignet sich das Frühzündmittel insbesondere dafür, das Anzündverhalten eines Treibstoffelements zu verbessern, wenn nicht auf heiße Partikel zum Aktivieren des Treibstoffelements zurückgegriffen werden soll. Thus, the pre-ignition agent is particularly suitable for improving the ignition behavior of a fuel element if hot particles are not to be used to activate the fuel element.

In Fig. 2 sind weitere Druck/Zeit-Kurven gezeigt, die das Verhalten von Zweischichttabletten zeigen, wobei einerseits eine erste Zweischichttablette mit einer ersten Schicht aus „Treibstoff 1“ und einer zweiten Schicht aus „Treibstoff 2“, und andererseits eine zweite Zweischichttablette aus einer ersten Schicht aus „Treibstoff 2“ und einer zweiten Schicht aus dem Frühzündmittel getestet wurde. Als Referenz zu Fig. 1 sind die Kurven 18 und 20 auch in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2 shows additional pressure/time curves demonstrating the behavior of bilayer pellets. A first bilayer pellet with a first layer of "propellant 1" and a second layer of "propellant 2" was tested, while a second bilayer pellet with a first layer of "propellant 2" and a second layer of the pre-ignition agent was tested. For reference to Fig. 1, curves 18 and 20 are also shown in Fig. 2.

Die Kurven 30 und 32 zeigen das Verhalten der ersten Zweischichttablette bei Einsatz einer partikelerzeugenden bzw. einer gaserzeugenden Boosterladung. Sowohl der Druckaufbau als auch der Maximaldruck sind im Vergleich zu einer Tablette, die nur Treibstoff 1 enthält, erheblich verringert aufgrund des weniger gut anzündbaren Treibstoffs 2, insbesondere im Fall der gaserzeugenden Boosterladung. Curves 30 and 32 show the behavior of the first bilayer pellet when using a particle-generating and a gas-generating booster charge, respectively. Both the pressure buildup and the maximum pressure are significantly reduced compared to a pellet containing only propellant 1 due to the less ignitable propellant 2, especially in the case of the gas-generating booster charge.

Die zweite Zweischichttablette, die auf das pyrotechnische Frühzündmittel zurückgreift, weist sowohl bei partikelerzeugender als auch bei gaszerzeugender Boosterladung einen schnelleren Druckaufbau auf, als es für die erste Zweischichttablette der Fall ist, insbesondere im Fall der gaserzeugenden Boosterladung. The second bi-layer tablet, which uses the pyrotechnic pre-ignition agent, exhibits a faster pressure build-up for both the particle-generating and the gas-generating booster charge than is the case for the first bi-layer tablet, particularly in the case of the gas-generating booster charge.

Aus diesen Testergebnissen ergibt sich, dass durch den Einsatz einer Beschichtung mit dem Frühzündmittel das Anzündverhalten eines Treibstoffelements verbessert werden kann, insbesondere für den Fall, dass auf eine Aktivierung ohne heiße Partikel zurückgegriffen werden soll. Dies erweitert die Formulierungsfreiheit bei der Auslegung des Treibstoffelements, sodass bei verbessertem Anzündverhalten zugleich weitere Eigenschaften gezielt eingestellt werden können, die für eine gewünschte Abbrandcharakteristik notwendig sind. These test results show that the use of a coating with the pre-ignition agent can improve the ignition behavior of a fuel element, especially in the case that Activation without hot particles should be used. This expands the formulation freedom in the design of the propellant element, allowing for improved ignition behavior and the targeted adjustment of other properties necessary for the desired combustion characteristics.

Im Folgenden werden anhand der schematischen Schnittansichten aus Fig. 3 bis 14 beispielhafte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Treibstoffelemente 10 beschrieben. In the following, exemplary embodiments of fuel elements 10 according to the invention are described with reference to the schematic sectional views in Figs. 3 to 14.

Es versteht sich, dass die gezeigten Ausführungsformen nicht abschließend zu betrachten sind. Vielmehr sind auch anders aufgebaute Treibstoffelemente 10 im Sinne der Erfindung, insbesondere solche, die Kombinationen von in den Fig. 3 und 14 dargestellten Schichtaufbauten aufweisen und/oder in denen das jeweils eingesetzte erste pyrotechnische Material durch ein zweites pyrotechnisches Material ausgetauscht ist und umgekehrt. It is understood that the embodiments shown are not to be considered exhaustive. Rather, propellant elements 10 with different structures are also within the meaning of the invention, in particular those that have combinations of the layer structures shown in Figs. 3 and 14 and/or in which the respective first pyrotechnic material used is replaced by a second pyrotechnic material, and vice versa.

Gleiche oder gleichwirkende Bestandteile sind in allen Ausführungsformen jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen versehen und die beschriebenen Eigenschaften gelten entsprechend für die weiteren Ausführungsformen. Identical or equivalent components are provided with the same reference numerals in all embodiments and the described properties apply accordingly to the other embodiments.

In Fig. 3 ist eine erste Ausführungsform des Treibstoffelements 10 gezeigt, in der das Treibstoffelement 10 einen Kern 12 aufweist, der lediglich aus einem einzelnen pyrotechnischen Material gebildet ist, in diesem Fall aus dem erstem pyrotechnischen Material. In Fig. 3, a first embodiment of the propellant element 10 is shown, in which the propellant element 10 has a core 12 which is formed only from a single pyrotechnic material, in this case from the first pyrotechnic material.

Auf einer Oberseite 38 des Kerns 12 ist die Beschichtung 14 aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel aufgebracht, während eine der Oberseite 38 entgegengesetzte Unterseite 39 des Kerns 12 sowie eine die Oberseite 38 und die Unterseite 39 verbindende Mantelseite 40 nicht beschichtet ist. The coating 14 of the pyrotechnic pre-ignition agent is applied to an upper side 38 of the core 12, while a lower side 39 of the core 12 opposite the upper side 38 and a shell side 40 connecting the upper side 38 and the lower side 39 are not coated.

Die Dicke der Beschichtung 14 kann in weiten Bereichen variiert werden. Beispielsweise beträgt die Dicke der Beschichtung 14 10% oder weniger der Dicke des gesamten Treibstoffelements 10. The thickness of the coating 14 can be varied within wide ranges. For example, the thickness of the coating 14 is 10% or less of the thickness of the entire propellant element 10.

In Fig. 3 ist die gesamte Oberseite 38 von der Beschichtung 14 verdeckt. Es versteht sich, dass auch lediglich Teilbereiche der Oberseite 38 mit der Beschichtung 14 versehen sein können. Ebenso kann anstelle der Oberseite 38 auch nur die Unterseite 39 oder nur die Mantelseite 40 mit der Beschichtung 14 versehen sein. In Fig. 3, the entire upper side 38 is covered by the coating 14. It is understood that only partial areas of the upper side 38 can be provided with the coating 14. Likewise, instead of the upper side 38 only the underside 39 or only the shell side 40 may be provided with the coating 14.

Alternativ zur in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform kann der Kern 12 anstatt aus der ersten pyrotechnischen Zusammensetzung auch aus der zweiten pyrotechnischen Zusammensetzung bestehen. As an alternative to the embodiment shown in Fig. 3, the core 12 may also consist of the second pyrotechnic composition instead of the first pyrotechnic composition.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Treibstoffelements 10, in der das Treibstoffelement 10 eine Manteltablette ist und die Beschichtung 14 den Kern 12 auf allen Seiten umgibt, also sowohl auf der Oberseite 38 als auch auf der Unterseite 39 und der Mantelseite 40 aufgebracht ist. Fig. 4 shows a second embodiment of the propellant element 10, in which the propellant element 10 is a shell tablet and the coating 14 surrounds the core 12 on all sides, i.e. is applied to the top side 38 as well as to the bottom side 39 and the shell side 40.

In einer solchen Ausführungsform stellt die Beschichtung 14 somit zugleich eine Umhüllung 42 des Kerns 12 dar. In such an embodiment, the coating 14 thus simultaneously represents a covering 42 of the core 12.

Ein solches Treibstoffelement 10 weist eine noch bessere Anzündbarkeit auf, da sich das Überzündverhalten des pyrotechnischen Frühzündmittels auf das pyrotechnische Material des Kerns 12 weiter verbessert. Such a propellant element 10 has an even better ignitability, since the ignition behavior of the pyrotechnic pre-ignition agent to the pyrotechnic material of the core 12 is further improved.

Fig. 5 stellt eine dritte Ausführungsform dar, in der das Treibstoffelement 10 eine Manteltablette ist und der Kern 12 aus erstem pyrotechnischem Material, der auch als erster Kernbereich 15 bezeichnet wird, einen Randabschnitt 46 aufweist, der in radialer Richtung r vorsteht und sich durch die Umhüllung 42 hindurch bis zu einer Außenkontur an den Mantelseiten erstreckt. Auf diese Weise ist, zusätzlich zur Beschichtung 14 aus pyrotechnischem Frühzündmittel, der Kern 12 über den Randabschnitt 46 direkt nach außen hin exponiert. Der Randabschnitt 46 ist einstückig mit dem Kern 12 ausgebildet. Fig. 5 illustrates a third embodiment in which the propellant element 10 is a shell pellet, and the core 12 made of first pyrotechnic material, also referred to as the first core region 15, has an edge portion 46 that protrudes in the radial direction r and extends through the casing 42 to an outer contour on the shell sides. In this way, in addition to the coating 14 of pyrotechnic pre-ignition agent, the core 12 is directly exposed to the outside via the edge portion 46. The edge portion 46 is formed integrally with the core 12.

Insbesondere verläuft der Randabschnitt 46 entlang einer Umfangsrichtung des Treibstoffelements 10 durchgängig. Mit anderen Worten weist die Umhüllung 42 einen das Treibstoffelement 10 umlaufenden Zündspalt 48 auf, der vom Randabschnitt 46 des Kerns 12 ausgefüllt wird. In particular, the edge portion 46 extends continuously along a circumferential direction of the fuel element 10. In other words, the casing 42 has an ignition gap 48 surrounding the fuel element 10, which is filled by the edge portion 46 of the core 12.

Der Randabschnitt 46 weist in einer Axialrichtung A der Manteltablette eine geringere Ausdehnung auf als der Kern 12. Genauer gesagt weist der Randabschnitt 46 in der Axialrichtung A der Manteltablette eine axiale Ausdehnung auf, welche kleiner ist als eine axiale Ausdehnung des Kerns 12 in Axialrichtung A der Manteltablette. Die Positionierung des Randabschnitts 46 in Bezug auf den Kern 12 ist beliebig. Beispielsweise kann der Randabschnitt 46, wie in Fig. 5 gut zu erkennen ist, versetzt zur Mitte des Kern 12 angeordnet sein. Selbstverständlich kann der Randabschnitt 46 aber auch den Kern 12 mittig einfassen. The edge portion 46 has a smaller extent in an axial direction A of the coated tablet than the core 12. More precisely, the edge portion 46 has an axial extent in the axial direction A of the coated tablet which is smaller than an axial extent of the core 12 in the axial direction A of the coated tablet. The positioning of the edge portion 46 relative to the core 12 is arbitrary. For example, the edge portion 46 can be offset from the center of the core 12, as clearly shown in Fig. 5. Of course, the edge portion 46 can also enclose the core 12 centrally.

Durch den Randabschnitt 46 ist zumindest ein Teil des Kerns 12 unmittelbar über die Umgebung des Treibstoffelements 10 zugänglich. Auf diese Weise kann das Anzündverhalten des Treibstoffelements 10 zusätzlich zum pyrotechnischen Frühzündmittel stärker durch das pyrotechnische Material des Kerns 12 beeinflusst werden. Through the edge portion 46, at least a portion of the core 12 is directly accessible via the surroundings of the propellant element 10. In this way, the ignition behavior of the propellant element 10 can be influenced more strongly by the pyrotechnic material of the core 12, in addition to the pyrotechnic pre-ignition agent.

Fig. 6 zeigt eine vierte Ausführungsform des Treibstoffelements 10, in der der Kern 12 aus dem ersten Kernbereich 15 und einem zweiten Kernbereich 16 zusammengesetzt ist, wobei der zweite Kernbereich 16 an der Unterseite 39 des ersten Kernbereichs 15 aufgebracht ist. Fig. 6 shows a fourth embodiment of the propellant element 10, in which the core 12 is composed of the first core region 15 and a second core region 16, wherein the second core region 16 is applied to the underside 39 of the first core region 15.

An der Oberseite 38 des ersten Kernbereichs 15 ist wiederum die Beschichtung 14 aus pyrotechnischem Frühzündmittel aufgebracht, analog zu Fig. 3. On the upper side 38 of the first core region 15, the coating 14 of pyrotechnic pre-ignition agent is again applied, analogous to Fig. 3.

Durch Einsatz verschiedener pyrotechnischer Zusammensetzungen im Kern 12 kann das Verhalten des Treibstoffelements 10 weiter angepasst werden. By using different pyrotechnic compositions in the core 12, the behavior of the propellant element 10 can be further adapted.

In Fig. 7 ist eine fünfte Ausführungsform des Treibstoffelements 10 dargestellt, in der der Kern 12 ebenfalls den ersten Kernbereich 15 und den zweiten Kernbereich 16 aufweist, wobei jedoch der erste Kernbereich 15 den zweiten Kernbereich 16 umgibt. Fig. 7 shows a fifth embodiment of the propellant element 10, in which the core 12 also has the first core region 15 and the second core region 16, but the first core region 15 surrounds the second core region 16.

Auf der Oberseite 38 des ersten Kernbereichs 15 ist wiederum die Beschichtung 14 aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel aufgebracht. On the upper side 38 of the first core region 15, the coating 14 of the pyrotechnic pre-ignition agent is again applied.

Fig. 8 stellt eine sechste Ausführungsform des Treibstoffelements 10 dar, in der sich zusätzlich zur Ausgestaltung der fünften Ausführungsform auf der Unterseite 39 des ersten Kernbereichs 15 der zweite Kernbereich 16 aus zweitem pyrotechnischem Material fortsetzt. Anders ausgedrückt kann die Unterseite 39 mit weiterem zweitem pyrotechnischem Material beschichtet sein. Fig. 8 illustrates a sixth embodiment of the propellant element 10, in which, in addition to the configuration of the fifth embodiment, the second core region 16 made of a second pyrotechnic material continues on the underside 39 of the first core region 15. In other words, the underside 39 can be coated with additional second pyrotechnic material.

Fig. 9 zeigt eine siebente Ausführungsform des Treibstoffelements 10, die ähnlich der dritten Ausführungsform aus Fig. 5 aufgebaut ist. Jedoch ist in der siebenten Ausführungsform lediglich ein Teil der Umhüllung 42 durch die Beschichtung 14 aus pyrotechnischem Frühzündmittel gebildet, nämlich derjenige Teil der Umhüllung 42, der auf der Oberseite 38 des ersten Kernbereichs 15 aufgebracht ist. Fig. 9 shows a seventh embodiment of the fuel element 10, which is constructed similarly to the third embodiment of Fig. 5. However, in the seventh embodiment, only a part of the casing 42 is formed by the coating 14 of pyrotechnic pre-ignition agent, namely that part of the casing 42 which is applied to the upper side 38 of the first core region 15.

Der übrige Teil der Umhüllung 42 ist aus zweitem pyrotechnischem Material gebildet, also aus dem zweiten Kernbereich 16. The remaining part of the casing 42 is formed from a second pyrotechnic material, i.e. from the second core region 16.

Fig. 10 stellt eine achte Ausführungsform des Treibstoffelements 10 dar, die ähnlich der dritten und siebenten Ausführungsform aus den Fig. 5 bzw. 9 aufgebaut ist, in der jedoch die gesamte Umhüllung 42 durch den zweiten Kernbereich 15, also zweites pyrotechnisches Material, gebildet ist. Fig. 10 shows an eighth embodiment of the propellant element 10, which is constructed similarly to the third and seventh embodiments of Figs. 5 and 9, respectively, but in which the entire casing 42 is formed by the second core region 15, i.e. second pyrotechnic material.

Auf der der Oberseite der Umhüllung 42 ist zudem die Beschichtung 14 aus pyrotechnischem Frühzündmittel aufgebracht. The coating 14 of pyrotechnic pre-ignition agent is also applied to the upper side of the casing 42.

Fig. 11 zeigt eine neunte Ausführungsform des Treibstoffelements 10, in dem der Kern 12 aus erstem Kernbereich 15 und zweitem Kernbereich 16 vollständig mit der Beschichtung 14 versehen ist, also sowohl auf der Tablettenoberseite, der Tablettenunterseite und den Tablettenmantelseiten. Fig. 11 shows a ninth embodiment of the propellant element 10, in which the core 12 consisting of the first core region 15 and the second core region 16 is completely provided with the coating 14, i.e. on the tablet top side, the tablet bottom side and the tablet shell sides.

Gleichzeitig weist der erste Kernbereich 15 jedoch die Randabschnitte 46 auf, die sich in diesem Fall durch die Umhüllung 42 in Form des zweiten Kernbereichs 16 hindurch bis zur Beschichtung 14 aus pyrotechnischem Frühzündmittel erstrecken. At the same time, however, the first core region 15 has the edge sections 46, which in this case extend through the casing 42 in the form of the second core region 16 to the coating 14 of pyrotechnic pre-ignition agent.

Fig. 12 stellt eine zehnte Ausführungsform des Treibstoffelements 10 dar, die analog der dritten Ausführungsform aus Fig. 5 ist. Fig. 12 shows a tenth embodiment of the fuel element 10, which is analogous to the third embodiment of Fig. 5.

In der zehnten Ausführungsform fasst der Randabschnitt 46 den Kern 12 jedoch mittig ein. In the tenth embodiment, however, the edge portion 46 encloses the core 12 centrally.

Es versteht sich, dass der Randabschnitt 46 auch nicht axial-symmetrisch angeordnet sein kann. Beispielsweise kann der Randabschnitt 46 in Bezug zum Kern 12 verschoben sein oder spindelartig um den Kern 12 herum geformt sein, oder es können Bereiche des Randabschnitts 46 gegeneinander versetzt sein. Fig. 13 zeigt eine elfte Ausführungsform des Treibstoffelements 10, in der die dargestellte Manteltablette einen ersten Kernbereich 15 und einen Randabschnitt 46 aufweisen, die zusammen eine bikonvexe Form ausbilden. It is understood that the edge portion 46 may also be arranged non-axially symmetrically. For example, the edge portion 46 may be offset relative to the core 12 or be shaped spindle-like around the core 12, or regions of the edge portion 46 may be offset from one another. Fig. 13 shows an eleventh embodiment of the propellant element 10, in which the illustrated shell tablet has a first core region 15 and an edge portion 46, which together form a biconvex shape.

Zusätzlich weist auch die Umhüllung 42, die durch einen zweiten Kernbereich 16 und die Beschichtung 14 aus pyrotechnischem Frühzündmittel gebildet ist, insbesondere die Ober- und Unterseite der Umhüllung 42, eine bikonvexe Form auf. In addition, the casing 42, which is formed by a second core region 16 and the coating 14 of pyrotechnic pre-ignition agent, in particular the top and bottom sides of the casing 42, also has a biconvex shape.

Der erste Kernbereich 15 und die Umhüllung 42 können den gleichen Radius aufweisen. Dies vereinfacht insbesondere die Herstellung einer solchen Manteltablette. Allerdings können der erste Kernbereich 15 und die Umhüllung 42 auch jeweils voneinander verschiedene Radien aufweisen. The first core region 15 and the shell 42 can have the same radius. This particularly simplifies the production of such a coated tablet. However, the first core region 15 and the shell 42 can also have different radii from one another.

In dieser Ausführungsform werden die Randabschnitte 46 von den spitzen Enden des bikonvexen ersten Kernbereichs 15 gebildet. In this embodiment, the edge portions 46 are formed by the pointed ends of the biconvex first core region 15.

In Fig. 14 ist eine zwölfte Ausführungsform des Treibstoffelements 10 gezeigt, in der auf weitere Zusatzbeschichtungen zurückgegriffen wird. Fig. 14 shows a twelfth embodiment of the fuel element 10, in which further additional coatings are used.

Der Kern 12 ist aus dem Kernbereich 15 und dem zweiten Kernbereich 16 gebildet, der zudem die Umhüllung 42 bildet, die von den Randabschnitten 46 durchbrochen ist. The core 12 is formed from the core region 15 and the second core region 16, which also forms the casing 42, which is perforated by the edge sections 46.

Ferner ist auf die Umhüllung 42, an deren Oberseite, die Beschichtung 14 aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel aufgebracht. Furthermore, the coating 14 of the pyrotechnic pre-ignition agent is applied to the upper side of the casing 42.

An der Unterseite der Umhüllung 42 ist als Zusatzbeschichtung eine Anzündschicht 50 vorgesehen. Die Anzündschicht 50 besteht aus einer weiteren pyrotechnischen Zusammensetzung, die sich sowohl von der ersten pyrotechnischen Zusammensetzung als auch von der zweiten pyrotechnischen Zusammensetzung unterscheidet und zugleich eine höhere Verpuffungstemperatur aufweist als das pyrotechnische Frühzündmittel. An ignition layer 50 is provided as an additional coating on the underside of the casing 42. The ignition layer 50 consists of a further pyrotechnic composition, which differs from both the first pyrotechnic composition and the second pyrotechnic composition and, at the same time, has a higher deflagration temperature than the pyrotechnic pre-ignition agent.

Die weitere pyrotechnische Zusammensetzung zeichnet sich insbesondere durch eine Abbrandgeschwindigkeit aus, die größer ist als die Abbrandgeschwindigkeit der zweiten pyrotechnischen Zusammensetzung, jedoch nicht zwangsweise größer ist als die der ersten pyrotechnischen Zusammensetzung. Zusätzlich ist als Zusatzbeschichtung eine Feuchteschutzschicht 52 vorgesehen, die die Manteltablette vollständig umhüllt. Beispielsweise umfasst die Feuchteschutzschicht 52 hydrophobe Polymere, insbesondere Silicone, Polyurethane und/oder Polyester. The further pyrotechnic composition is characterized in particular by a burning rate that is greater than the burning rate of the second pyrotechnic composition, but not necessarily greater than that of the first pyrotechnic composition. Additionally, a moisture protection layer 52 is provided as an additional coating, which completely envelops the coated tablet. For example, the moisture protection layer 52 comprises hydrophobic polymers, in particular silicones, polyurethanes, and/or polyesters.

Durch den Einsatz weiterer Zusatzbeschichtungen kann das Verhalten des Treibstoffelements 10 noch weiter eingestellt und variiert werden. By using additional coatings, the behavior of the fuel element 10 can be further adjusted and varied.

Figur 15 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Treibstoffelements 10 in Form einer Manteltablette anhand der Ausführungsform aus Fig. 5. Im Folgenden wird das Verfahren genauer erläutert. Figure 15 shows a method for producing a fuel element 10 according to the invention in the form of a coated tablet using the embodiment from Fig. 5. The method is explained in more detail below.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Treibstoffelements 10 erfolgt in einer Presse 54. The fuel element 10 according to the invention is produced in a press 54.

Die Presse 54 beinhaltet einen Oberstempel 56, eine Pressmatrize 58 und einen Unterstempel 60. The press 54 includes an upper punch 56, a press die 58 and a lower punch 60.

Der Oberstempel 56 und der Unterstempel 60 sind gegenüberliegend angeordnet. The upper punch 56 and the lower punch 60 are arranged opposite each other.

Die Pressmatrize 58 und der Unterstempel 60 definieren eine Aufnahmekammer 62, insbesondere eine zylindrisch geformte oder eine elliptisch geformte Aufnahmekammer 62. Zudem kann der Unterstempel 60 gegen die Pressmatrize 58 verschoben werden. The pressing die 58 and the lower punch 60 define a receiving chamber 62, in particular a cylindrically shaped or an elliptically shaped receiving chamber 62. In addition, the lower punch 60 can be displaced against the pressing die 58.

Insbesondere kann die Aufnahmekammer 62 ein Negativ zum Oberstempel 56 bilden. In particular, the receiving chamber 62 can form a negative to the upper punch 56.

Der Oberstempel 56 ist dazu eingerichtet, in Richtung der Pressmatrize 58 verschoben zu werden und in die Aufnahmekammer 62 hineinzugreifen. The upper punch 56 is designed to be displaced in the direction of the pressing die 58 and to engage into the receiving chamber 62.

Grundsätzlich weist der Oberstempel 56 eine zylindrische Form auf und umfasst einen Innenstempel 64 und einen Außenstempel 66. Basically, the upper punch 56 has a cylindrical shape and comprises an inner punch 64 and an outer punch 66.

Der Außenstempel 66 fasst den Innenstempel 64 seitlich ein, wobei der Innenstempel 64 gleitend in dem Außenstempel 66 gelagert ist. Somit kann der Innenstempel 64 gegen den Außenstempel 66 verschoben werden. Ferner bildet der Außenstempel 66 mit dem Innenstempel 64 eine gemeinsame Stirnfläche 68, mit welcher der Oberstempel 56 bei einem Kompressionsvorgang in die Aufnahmekammer 62 der Pressmatrize 58 hineingreift. The outer punch 66 laterally encloses the inner punch 64, with the inner punch 64 being slidably mounted in the outer punch 66. Thus, the inner punch 64 can be displaced against the outer punch 66. Furthermore, the outer punch 66 forms a common end face 68 with the inner punch 64. with which the upper punch 56 engages into the receiving chamber 62 of the pressing die 58 during a compression process.

Jedoch ist es auch denkbar, dass für die einzelnen Verfahrensschritte verschiedene Oberstempel 56 verwendet werden, die sich jeweils hinsichtlich des Ausmaßes der Verschiebung des Innenstempels 64 gegen den Außenstempel 66 unterscheiden. In diesem Fall ist der Innenstempel 64 einstückig mit dem Außenstempel 66 ausgebildet. Beispielsweise kann bei den Verfahrensschritten S2, S5, S6 und S10 jeweils ein separater Oberstempel 56 verwendet werden. However, it is also conceivable that different upper punches 56 are used for the individual process steps, each of which differs in the extent of displacement of the inner punch 64 relative to the outer punch 66. In this case, the inner punch 64 is formed integrally with the outer punch 66. For example, a separate upper punch 56 can be used for each of the process steps S2, S5, S6, and S10.

In einem ersten Schritt wird die Aufnahmekammer 62 mit dem pyrotechnischen Frühzündmittel gefüllt (S1). In a first step, the receiving chamber 62 is filled with the pyrotechnic pre-ignition agent (S1).

Anschließend wird der Oberstempel 56 in die Aufnahmekammer 62 der Pressmatrize 58 hineingedrückt und das pyrotechnische Frühzündmittel wird verdichtet (S2). Bei diesem Kompressionsvorgang wird der Innenstempel 64 weiter in die Aufnahmekammer 62 hineingeschoben als der Außenstempel 66. Auf diese Weise kann das pyrotechnische Frühzündmittel 14 unter Erhalt einer Umhüllungsunterseite 70 ausgebildet werden. Da der Außenstempel 66 im Vergleich zum Innenstempel 64 versetzt in die Aufnahmekammer 62 hineingeschoben wird, bildet sich insbesondere eine im Querschnitt U-förmige Umhüllungsunterseite 70 aus. Die Umhüllungsunterseite 70 ist dabei zum Oberstempel 56 hin geöffnet. Subsequently, the upper punch 56 is pressed into the receiving chamber 62 of the pressing die 58, and the pyrotechnic pre-ignition agent is compressed (S2). During this compression process, the inner punch 64 is pushed further into the receiving chamber 62 than the outer punch 66. In this way, the pyrotechnic pre-ignition agent 14 can be formed while maintaining a casing bottom 70. Since the outer punch 66 is pushed into the receiving chamber 62 offset from the inner punch 64, a casing bottom 70 with a U-shaped cross-section is formed. The casing bottom 70 is open toward the upper punch 56.

Danach wird der Oberstempel 56 wieder aus der Pressmatrize 58 zurückgezogen (S3) und in der Pressmatrize 58 verbleibt die fertiggepresste Umhüllungsunterseite 70. The upper punch 56 is then withdrawn from the pressing die 58 (S3) and the finished pressed casing bottom 70 remains in the pressing die 58.

Anschließend wird die Aufnahmekammer 62 mit dem ersten pyrotechnischen Material gefüllt (S4). Es versteht sich, dass je nach gewünschter Ausführungsform auch ein zweites pyrotechnisches Material eingesetzt werden kann. Subsequently, the receiving chamber 62 is filled with the first pyrotechnic material (S4). It is understood that, depending on the desired embodiment, a second pyrotechnic material may also be used.

Im nächsten Schritt wird der Oberstempel 56 wieder in die Aufnahmekammer 62 hineingedrückt, wobei zunächst nur der Außenstempel 66 in die Aufnahmekammer 62 hineingedrückt wird (S5). Auf diese Weise wird ein Randabschnitt 46 aus dem ersten pyrotechnischen Material auf seitlich vorstehende Bereiche der Umhüllungsunterseite 70 aufgepresst. Nun wird der Innenstempel 64 so weit in die Aufnahmekammer 62 hineingedrückt (S6), bis dieser wieder eine gemeinsame Stirnfläche mit dem Außenstempel 66 bildet. Somit wird der Kern 12 in die zum Oberstempel 56 hin geöffnete Umhüllungsunterseite 70 hineingepresst. In the next step, the upper punch 56 is pressed back into the receiving chamber 62, with initially only the outer punch 66 being pressed into the receiving chamber 62 (S5). In this way, an edge portion 46 made of the first pyrotechnic material is pressed onto laterally projecting areas of the casing's underside 70. Now, the inner punch 64 is pushed into the receiving chamber 62 (S6) until it again forms a common end face with the outer punch 66. Thus, the core 12 is pressed into the casing bottom 70, which is open toward the upper punch 56.

Anschließend wird der Oberstempel 56 wieder aus der Pressmatrize 58 herausgezogen (S7) unter Erhalt eines Presslings bestehend aus der Umhüllungsunterseite 70, die einen vorverdichteten Kern 12 mit Randabschnitt 46 umfasst. The upper punch 56 is then withdrawn from the pressing die 58 again (S7) to obtain a compact consisting of the casing bottom 70, which comprises a pre-compacted core 12 with edge section 46.

Der Pressling wird durch den Unterstempel 60 in der Aufnahmekammer 62 in Richtung des Oberstempels 56 bewegt (S8). The compact is moved by the lower punch 60 in the receiving chamber 62 in the direction of the upper punch 56 (S8).

Schließlich wird in die Aufnahmekammer 62 wieder das pyrotechnische Frühzündmittel 14 eingefüllt (S9). Finally, the pyrotechnic pre-ignition agent 14 is again filled into the receiving chamber 62 (S9).

Schlussendlich wird der Oberstempel 56 wieder in die Aufnahmekammer 62 hineingedrückt oder die Pressmatrize 58 wird bewegt bzw. allgemein betrachtet wird der Abstand zwischen dem Oberstempel 56 und der Pressmatrize 58 so weit reduziert, sodass das pyrotechnische Frühzündmittel unter Erhalt einer Umhüllungsoberseite 72 und damit des fertigen Treibstoffelements 10 in Form einer Manteltablette gepresst wird (S10). Finally, the upper punch 56 is pressed back into the receiving chamber 62 or the pressing die 58 is moved or, generally speaking, the distance between the upper punch 56 and the pressing die 58 is reduced to such an extent that the pyrotechnic pre-ignition agent is pressed in the form of a jacketed tablet, maintaining a casing top 72 and thus the finished propellant element 10 (S10).

Im letzten Schritt wird der Oberstempel 56 aus der Aufnahmekammer 62 zurückgezogen. Zudem wird der Unterstempel 60 so weit in Richtung Oberstempel 56 verschoben, dass die Aufnahmekammer 62 vollständig durch den Unterstempel 60 eingenommen wird (S11). Die Manteltablette kann der Presse 54 entnommen werden. In the final step, the upper punch 56 is retracted from the receiving chamber 62. Furthermore, the lower punch 60 is moved toward the upper punch 56 until the receiving chamber 62 is completely occupied by the lower punch 60 (S11). The coated tablet can be removed from the press 54.

Analoge Zwischenschritte können eingesetzt werden, um weitere Schichten bzw. Teilschichten mittels Verpressens zu erzeugen, beispielsweise indem die Umhüllungsunterseite 70 aus dem zweiten pyrotechnischen Material erzeugt wird. Analogous intermediate steps can be used to produce further layers or partial layers by means of pressing, for example by producing the casing underside 70 from the second pyrotechnic material.

Figur 16 beschreibt die Abläufe eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Treibstoffelements 10 in einer Manteltablette mit einem bikonvex, wahlweise einen asymmetrisch bikonvex, geformten Kern 12 mit Randabschnitt 46. Figure 16 describes the sequences of a method for producing a fuel element 10 according to the invention in a shell tablet with a biconvex, optionally an asymmetrically biconvex, shaped core 12 with edge portion 46.

Im Folgenden werden die Abläufe dieses Verfahrens genauer erläutert. Zunächst wird die gleiche Presse 54 bereitgestellt wie in Figur 15, mit dem Unterschied, dass ein konvexer Oberstempel 74 sowie ein konkaver Oberstempel 76 verwendet wird. Zudem wird in der Presse 54 ein konkaver Unterstempel 78 verwendet. The processes involved in this procedure are explained in more detail below. First, the same press 54 is provided as in Figure 15, with the difference that a convex upper punch 74 and a concave upper punch 76 are used. In addition, a concave lower punch 78 is used in the press 54.

Konvex und konkav bedeutet in diesem Sinne, dass lediglich die jeweiligen Stirnseiten der Stempel 74, 76 und 78 eine Krümmung aufweisen. Für die Herstellung einer bikonvexen Manteltablette entspricht die Krümmung des konvexen Oberstempels 74 der des konkaven Unterstempels 78. Die Herstellung einer asymmetrisch bikonvex geformten Manteltablette erfolgt durch die Verwendung eines konkaven Unterstempels 78 und eines konkaven Oberstempels 76, die nicht die gleiche Krümmung auf ihren Stirnseiten aufweisen. In this sense, convex and concave means that only the respective end faces of punches 74, 76, and 78 have a curvature. For the production of a biconvex coated tablet, the curvature of the convex upper punch 74 corresponds to that of the concave lower punch 78. The production of an asymmetrically biconvex coated tablet is achieved by using a concave lower punch 78 and a concave upper punch 76, which do not have the same curvature on their end faces.

Dabei weist die Stirnseite des konvexen Oberstempels 76 eine Krümmung mit einem Radius auf, welcher der Krümmung der Stirnseite des konkaven Unterstempels 78 entspricht. Der konkave Unterstempel 78 ist so gekrümmt, dass der konvexe Oberstempel 74 in den Unterstempel 52 eingreifen kann, insbesondere dass der konvexe Oberstempel 74 formschlüssig in den Unterstempel 52 eingreifen kann. The front side of the convex upper punch 76 has a curvature with a radius that corresponds to the curvature of the front side of the concave lower punch 78. The concave lower punch 78 is curved such that the convex upper punch 74 can engage with the lower punch 52, in particular such that the convex upper punch 74 can engage with the lower punch 52 in a form-fitting manner.

Mit anderen Worten weist die Stirnseite des Oberstempels 74 bevorzugt eine konvexe Form auf, die komplementär zu einer konkaven Form des Unterstempels 78 ist. In other words, the front side of the upper punch 74 preferably has a convex shape that is complementary to a concave shape of the lower punch 78.

In einem ersten Schritt wird die Aufnahmekammer 62 mit dem pyrotechnischen Frühzündmittel gefüllt (S1). In a first step, the receiving chamber 62 is filled with the pyrotechnic pre-ignition agent (S1).

Anschließend wird ein konvexer Oberstempel 74 in die Aufnahmekammer 62 hineingedrückt und das pyrotechnische Frühzündmittel 14 wird verdichtet unter Erhalt einer Umhüllungsunterseite 70 (S2). Subsequently, a convex upper punch 74 is pressed into the receiving chamber 62 and the pyrotechnic pre-ignition agent 14 is compressed to obtain a casing bottom 70 (S2).

Da sowohl der konkave Unterstempel 78 als auch der konvexe Oberstempel 74 auf ihren Stirnseiten komplementär geformt sind, ist auch die aus der Pressung resultierende Umhüllungsunterseite 70 konvex geformt. Since both the concave lower punch 78 and the convex upper punch 74 are complementarily shaped on their end faces, the casing bottom 70 resulting from the pressing is also convexly shaped.

Der konvexe Oberstempel 74 wird zunächst aus der Aufnahmekammer 62 zurückgeschoben und aus der Presse entfernt (S3). Die Aufnahmekammer 62 wird mit dem ersten pyrotechnischen Material gefüllt (S4). The convex upper punch 74 is first pushed back from the receiving chamber 62 and removed from the press (S3). The receiving chamber 62 is filled with the first pyrotechnic material (S4).

Im nächsten Schritt wird das erste pyrotechnische Material durch das Hineinschieben des konkaven Oberstempels 76 in der Aufnahmekammer 62 verdichtet unter Erhalt des Kerns 12 mit einem Randabschnitt 46 (S5). In the next step, the first pyrotechnic material is compressed by pushing the concave upper punch 76 into the receiving chamber 62, thereby obtaining the core 12 with an edge portion 46 (S5).

Da die in der Pressmatrize 58 vorliegende Umhüllungsunterseite 70 eine konvexe Form vorgibt und der von der anderen Seite in die Aufnahmekammer 62 hineingeschobene konkave Oberstempel 76 eine konkave Form vorgibt, resultiert aus diesem Pressvorgang ein Kern 12 mit einem Randabschnitt 46, der eine bikonvexe Form aufweist. Since the casing underside 70 present in the pressing die 58 prescribes a convex shape and the concave upper punch 76 pushed into the receiving chamber 62 from the other side prescribes a concave shape, this pressing process results in a core 12 with an edge section 46 which has a biconvex shape.

Wahlweise kann für den obigen Schritt ein konkaver Oberstempel 76 verwendet werden, welcher eine von der Krümmung des konkaven Unterstempels 78 abweichende Krümmung aufweist. Somit kann ein asymmetrisch bikonvexer geformter Kern 12 gepresst werden. Optionally, a concave upper punch 76 can be used for the above step, which has a curvature different from the curvature of the concave lower punch 78. Thus, an asymmetrically biconvex shaped core 12 can be pressed.

Im nächsten Schritt kann der konkave Oberstempel 76 wieder aus der Pressmatrize 58 hinausgeschoben werden und erneut kann das pyrotechnische Frühzündmittel in die Aufnahmekammer 62 eingefüllt werden (S6). In the next step, the concave upper punch 76 can be pushed out of the pressing die 58 again and the pyrotechnic pre-ignition agent can be filled into the receiving chamber 62 again (S6).

Schließlich kann das pyrotechnische Frühzündmittel 14 durch den konkaven Oberstempel 76 fertig gepresst werden oder der Unterstempel 78 wird bewegt bzw. allgemein betrachtet wird der Abstand zwischen Ober- und Unterstempel reduziert, um eine Verpressung zu erreichen, unter Erhalt einer konvex geformten Umhüllungsoberseite 72 (S7). Finally, the pyrotechnic pre-ignition agent 14 can be fully pressed by the concave upper punch 76 or the lower punch 78 is moved or, generally speaking, the distance between the upper and lower punches is reduced in order to achieve compression, while maintaining a convexly shaped envelope upper side 72 (S7).

Wahlweise kann für den obigen Schritt ein konkaver Oberstempel 76 verwendet werden, welcher eine von dem konkaven Unterstempel 78 abweichende Krümmung aufweist. Hieraus resultiert eine asymmetrisch bikonvex geformte Manteltablette. Optionally, a concave upper punch 76 can be used for the above step, which has a curvature different from the concave lower punch 78. This results in an asymmetrically biconvex shaped coated tablet.

Im letzten Schritt kann die bikonvex, wahlweise asymmetrisch bikonvex, geformte Manteltablette aus der Pressmatrize 58 entnommen werden (S8). In the final step, the biconvex, optionally asymmetrically biconvex, shaped coated tablet can be removed from the compression die 58 (S8).

Die zuvor beschriebenen Verfahren ermöglichen durch den Einsatz verschiedener Stempel und Abfolgen von in der Aufnahmekammer 62 vorgelegten Zusammensetzungen auf einfache Weise die Herstellung von T reibstoffelementen mit auf eine gewünschte Abbrandcharakteristik maßgeschneidertem Schichtaufbau. The methods described above enable the simple production of propellant elements by using different stamps and sequences of compositions presented in the receiving chamber 62 with a layer structure tailored to the desired combustion characteristics.

Insbesondere eignen sich die erfindungsgemäßen Treibstoffelemente 10 durch den Einsatz der Beschichtung 14 aus pyrotechnischem Frühzündmittel für Anwendungen, in denen die Treibstoffelemente 10 im Wesentlichen durch Temperaturerhöhung gezündet werden sollen. In particular, the fuel elements 10 according to the invention are suitable for applications in which the fuel elements 10 are to be ignited essentially by increasing the temperature due to the use of the coating 14 made of pyrotechnic pre-ignition agent.

Claims

Patentansprüche Patent claims 1. Treibstoffelement (10) für einen Gasgenerator zur Verwendung in einer Sicherheitseinrichtung in Form einer Tablette, wobei die Tablette einen Kern (12) aus pyrotechnischem Material und eine auf den Kern (12) aufgebrachte Beschichtung (14) aus einem pyrotechnischen Frühzündmittel aufweist, wobei sich das pyrotechnische Material und das pyrotechnische Frühzündmittel voneinander unterscheiden, und wobei das pyrotechnische Frühzündmittel eine Verpuffungstemperatur von 500 K oder weniger aufweist. 1. A propellant element (10) for a gas generator for use in a safety device in the form of a tablet, the tablet comprising a core (12) of pyrotechnic material and a coating (14) of a pyrotechnic pre-ignition agent applied to the core (12), the pyrotechnic material and the pyrotechnic pre-ignition agent being different from one another, and the pyrotechnic pre-ignition agent having a deflagration temperature of 500 K or less. 2. Treibstoffelement (10) nach Anspruch 1 , wobei das Frühzündmittel eine Verpuffungstemperatur von 450 K oder weniger aufweist, bevorzugt von 435 K oder weniger. 2. Fuel element (10) according to claim 1, wherein the pre-ignition agent has a deflagration temperature of 450 K or less, preferably 435 K or less. 3. Treibstoffelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Frühzündmittel eine Abbrandtemperatur von 2000 K oder mehr aufweist, bevorzugt eine Abbrandtemperatur im Bereich von 2100 K bis 2800 K. 3. Propellant element (10) according to claim 1 or 2, wherein the pre-ignition agent has a combustion temperature of 2000 K or more, preferably a combustion temperature in the range of 2100 K to 2800 K. 4. Treibstoffelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (14) aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel auf einer Oberseite (38), einer Unterseite (39) und/oder einer Mantelseite (40) des Kerns (12) aufgebracht ist. 4. Propellant element (10) according to one of the preceding claims, wherein the coating (14) of the pyrotechnic pre-ignition agent is applied to an upper side (38), a lower side (39) and/or a shell side (40) of the core (12). 5. Treibstoffelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der Beschichtung (14) aus einem pyrotechnischen Frühzündmittel 10% oder weniger der Dicke der Tablette beträgt. 5. A propellant element (10) according to any one of the preceding claims, wherein the thickness of the coating (14) of a pyrotechnic pre-ignition agent is 10% or less of the thickness of the pellet. 6. Treibstoffelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das pyrotechnische Frühzündmittel die folgenden Komponenten umfasst: 6. Propellant element (10) according to one of the preceding claims, wherein the pyrotechnic pre-ignition means comprises the following components: (D) 60 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 60 bis 92 Gew.-% mindestens eines Brennstoffs, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 1 -Nitroguanidin, Guanidiniumnitrat, Nitrotriazolon, Nitrocellulose, Metallen, insbesondere Bor, Aluminium, Titan, Zirkon, und/oder Wolfram und Kombinationen davon, (E) 2 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 6 bis 40 Gew.-%, mindestens eines Oxidationsmittels, das ausgewählt ist aus der Gruppe der Chlorate, Perchlorate, Metalloxide und Kombinationen davon, bevorzugt Kaliumperchlorat umfasst, und (D) 60 to 95% by weight, preferably 60 to 92% by weight of at least one fuel selected from the group consisting of 1-nitroguanidine, guanidinium nitrate, nitrotriazolone, nitrocellulose, metals, in particular boron, aluminum, titanium, zirconium, and/or tungsten and combinations thereof, (E) 2 to 40 wt.%, preferably 6 to 40 wt.%, of at least one oxidizing agent selected from the group of chlorates, perchlorates, metal oxides and combinations thereof, preferably potassium perchlorate, and (F) 0 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 2 Gew.-%, weitere Zusatzstoffe, die ausgewählt sind aus der Gruppe der Metalloxide, Silica, Stearaten, Schmierölen und Kombinationen davon, bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxid, Magnesiumoxid, amorphem Silica, hydrophobem Silica, Calciumstearat, C15-C30-Schmierölen und Kombinationen davon, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des pyrotechnischen Frühzündmittels, wobei sich die Anteile der Komponenten (A) bis (C) zu 100 Gewichtsprozent ergänzen. (F) 0 to 3% by weight, preferably 0 to 2% by weight, of further additives selected from the group of metal oxides, silica, stearates, lubricating oils and combinations thereof, preferably from the group consisting of iron oxide, magnesium oxide, amorphous silica, hydrophobic silica, calcium stearate, C15-C30 lubricating oils and combinations thereof, in each case based on the total weight of the pyrotechnic pre-ignition agent, the proportions of components (A) to (C) adding up to 100% by weight. 7. Treibstoffelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kern (12) einen ersten Kernbereich (15) aus einem ersten pyrotechnischen Material und einen zweiten Kernbereich (16) aus einem zweiten pyrotechnischen Material aufweist, wobei sich das erste pyrotechnische Material und das zweite pyrotechnische Material voneinander unterscheiden. 7. A propellant element (10) according to any one of the preceding claims, wherein the core (12) comprises a first core region (15) made of a first pyrotechnic material and a second core region (16) made of a second pyrotechnic material, the first pyrotechnic material and the second pyrotechnic material being different from one another. 8. Treibstoffelement (10) nach Anspruch 7, wobei die Tablette eine Manteltablette ist, in der der erste Kernbereich (15) wenigstens teilweise mit einer Umhüllung (42) versehen ist, die durch den zweiten Kernbereich (16) und/oder die Beschichtung (14) aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel gebildet ist, wobei der erste Kernbereich (15) einen in radialer Richtung vorstehenden Randabschnitt (46) aufweist, der sich durch die Umhüllung (42) hindurch bis zu einer Außenkontur der Manteltablette erstreckt, wobei der Randabschnitt (46) entlang einer Umfangrichtung der Manteltablette ausgebildet ist und in Axialrichtung der Manteltablette eine geringere Ausdehnung als der erste Kernbereich (15) aufweist. 8. The propellant element (10) according to claim 7, wherein the tablet is a jacketed tablet in which the first core region (15) is at least partially provided with a casing (42) formed by the second core region (16) and/or the coating (14) of the pyrotechnic pre-ignition agent, wherein the first core region (15) has a radially projecting edge portion (46) which extends through the casing (42) to an outer contour of the jacketed tablet, wherein the edge portion (46) is formed along a circumferential direction of the jacketed tablet and has a smaller extent in the axial direction of the jacketed tablet than the first core region (15). 9. Verfahren zum Herstellen eines Treibstoffelements (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das pyrotechnische Material und/oder das pyrotechnische Frühzündmittel in einer Pressmatrize (58) zum Kern (12) aus pyrotechnischem Material bzw. zur Beschichtung (14) aus dem pyrotechnischen Frühzündmittel verpresst werden. 9. A method for producing a propellant element (10) according to any one of the preceding claims, wherein the pyrotechnic material and/or the pyrotechnic pre-ignition agent are pressed in a press die (58) to form the core (12) of pyrotechnic material or the coating (14) of the pyrotechnic pre-ignition agent. 10. Verwendung eines Treibstoffelements (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Sicherheitseinrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Gasgenerator. 10. Use of a fuel element (10) according to one of the preceding claims in a safety device in a vehicle, in particular in a gas generator.
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