DE102012016431A1

DE102012016431A1 - Pyrotechnic igniter useful in safety devices, preferably belt tensioner, engine bonnet stand for vehicles, comprises ignition bridge, pyrotechnic composition, which is associated with ignition bridge, and energy absorbing additive

Info

Publication number: DE102012016431A1
Application number: DE201210016431
Authority: DE
Inventors: Martin Sedlmeier; Karl Englbrecht; Siegfried Zeuner; Achim Hofmann; Michael Deckenhoff
Original assignee: TRW Airbag Systems GmbH; TRW Automotive Safety Systems GmbH
Current assignee: ZF Automotive Safety Systems Germany GmbH; ZF Airbag Germany GmbH
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2014-02-27

Abstract

Pyrotechnic igniter (100) comprises an ignition bridge, a pyrotechnic composition, which is associated with the ignition bridge, and an energy absorbing additive. The mass ratio of the energy-absorbing additive to the pyrotechnic composition is at least 0.2, more preferably 0.2 to 1.5. The pyrotechnic composition comprises a fuel and an oxidizing agent. The fuel comprises magnesium, aluminum, magnesium aluminum alloys, titanium, zirconium, titanium-aluminum alloys, lithium hydride, magnesium hydride, lithium aluminum hydride, titanium hydride, tungsten, zirconium and/or tungsten alloys. Pyrotechnic igniter comprises an ignition bridge, a pyrotechnic composition, which is associated with the ignition bridge, and an energy absorbing additive. The mass ratio of the energy-absorbing additive to the pyrotechnic composition is at least 0.2, more preferably 0.2 to 1.5. The pyrotechnic composition comprises a fuel and an oxidizing agent in a stoichiometric ratio. The fuel comprises magnesium, aluminum, magnesium aluminum alloys, titanium, zirconium, titanium-aluminum alloys, lithium hydride, magnesium hydride, lithium aluminum hydride, titanium hydride, tungsten, zirconium and/or tungsten alloys. The pyrotechnic composition is present in an amount of not > 100 mg in the igniter. The mass ratio of the energy-absorbing additive to the pyrotechnic composition is at least 0.1.

Description

Anzünder werden in der Fahrzeugsicherheit zur Auslösung von Gasgeneratoren und Aktuatoren eingesetzt. Bei Auslösen des Anzünders beispielsweise durch einen elektrischen Impuls wird eine pyrotechnische Ladung angezündet, die daraufhin Gas, insbesondere Heißgas, entwickeln kann. In Anzündern der üblichen Bauform wird die pyrotechnische Ladung mit einer Haube, beispielsweise aus Metall oder Kunststoff, bedeckt, die während der Auslösung des Anzünders aufgrund des steigenden Innendrucks aufplatzt.Lighters are used in vehicle safety to trigger gas generators and actuators. Upon initiation of the lighter, for example, by an electrical pulse, a pyrotechnic charge is ignited, which then gas, especially hot gas, can develop. In igniters of the conventional design, the pyrotechnic charge is covered with a hood, such as metal or plastic, which bursts during the triggering of the lighter due to the increasing internal pressure.

Im Bereich der Aktuatoren werden unterschiedliche Wirkungen der Anzünder ausgenutzt. So können die Aktuatoren aufgrund der thermischen Wirkung des Anzünders zum Durchbrennen bzw. Durchschmelzen von Objekten verwendet werden. Die mechanische Wirkung der vom Anzünder freigesetzten Gase kann aufgrund der dabei entstehenden Druckentwicklung zum Bersten und Brechen von Objekten und zur Bewegung von Kolben, Hebeln und anderen Vorrichtungen dienen. In gleicher Weise kann die mechanische Wirkung der aufplatzenden Haube genutzt werden.In the field of actuators different effects of the lighter are exploited. Thus, the actuators due to the thermal effect of the lighter can be used for blowing or melting objects. The mechanical action of the gases released from the igniter may serve to rupture and break objects and to move pistons, levers, and other devices due to the resulting pressure buildup. In the same way, the mechanical effect of the bursting hood can be used.

Gegenwärtig eingesetzte Anzünder sind aufgrund des Herstellungsprozesses und ihres Designs hinsichtlich der Mindestmenge der pyrotechnischen Beladung, in Richtung einer minimal erreichbaren Menge, begrenzt. In anderen Worten ausgedrückt erfordert das Design bekannter Anzünder eine Mindestmenge an pyrotechnischer Ladung, wobei jedoch für bestimmte Anwendungen eine geringere Menge einer pyrotechnischen Ladung technisch ausreichend wäre. Üblicherweise werden pyrotechnische Ladungen in einer Menge von mindestens etwa 100 mg und darüber eingesetzt. Ferner enthalten handelsübliche Anzünder neben der in direktem Kontakt mit der Zündbrücke stehenden Primärladung zumeist eine Verstärkerladung, beispielsweise ein Gemisch aus Bor und Kaliumnitrat, welche die Anzündwirkung durch Erzeugen heißer Partikel und einer höheren Gasmenge zusätzlich erhöht.Currently used lighters are limited in terms of the minimum amount of pyrotechnic loading, toward a minimum achievable amount, due to the manufacturing process and its design. In other words, the design of known igniters requires a minimum amount of pyrotechnic charge, but for certain applications a smaller amount of pyrotechnic charge would be technically sufficient. Typically, pyrotechnic charges are used in an amount of at least about 100 mg and above. Furthermore, commercially available igniters usually contain, in addition to the primary charge in direct contact with the ignition bridge, an amplifier charge, for example a mixture of boron and potassium nitrate, which additionally increases the ignition effect by producing hot particles and a higher gas quantity.

Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise im Bereich der Aktuatoren ist die aus dieser hohen Beladung resultierende Anzünderleistung unnötig hoch, so dass Bauteile, die sich im Wirkungsbereich eines derartigen Anzünders befinden, einer stabileren Auslegung bedürfen, als sonst notwendig wäre. Dies führt letztendlich auch zu erhöhten Kosten und Bauraumverlust.For certain applications, for example in the field of actuators, the igniter output resulting from this high load is unnecessarily high, so that components which are within the scope of such a lighter require a more stable design than would otherwise be necessary. This ultimately leads to increased costs and space loss.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Anzünder bereitzustellen, der eine an den jeweiligen Anwendungszweck angepasste Leistung aufweist und die gewünschte thermische oder mechanischen Wirkung erzielen kann.The invention is therefore based on the object to provide a lighter, which has a power adapted to the particular application and can achieve the desired thermal or mechanical effect.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen pyrotechnischen Anzünder gemäß Anspruch 1, der wenigstens eine Zündbrücke und einen der Zündbrücke zugeordneten pyrotechnischen Satz umfasst.This object is achieved by a pyrotechnic igniter according to claim 1, comprising at least one ignition bridge and one of the ignition bridge associated pyrotechnic set.

Unter dem Begriff „pyrotechnischer Satz” wird erfindungsgemäß eine aus einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel bestehende Zusammensetzung verstanden, die in stöchiometrischem Verhältnis vorliegen.The term "pyrotechnic composition" is understood according to the invention to consist of a fuel and an oxidant composition, which are present in stoichiometric ratio.

Prozentangaben beziehen sich auf Gewichtsprozent, sofern nichts anderes angegeben ist.Percentages are by weight unless otherwise specified.

Der Brennstoff ist erfindungsgemäß aus der aus Magnesium, Aluminium, Magnesiumaluminiumlegierungen, Titan, Zirkonium, Titanaluminiumlegierungen, Lithiumhydrid, Magnesiumhydrid, Lithiumaluminiumhydrid, Titanhydrid, Wolfram, Zirkonium-Wolframlegierungen und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt.The fuel according to the invention is selected from the group consisting of magnesium, aluminum, magnesium aluminum alloys, titanium, zirconium, titanium aluminum alloys, lithium hydride, magnesium hydride, lithium aluminum hydride, titanium hydride, tungsten, zirconium tungsten alloys and mixtures thereof.

Der pyrotechnische Satz liegt erfindungsgemäß in einer Menge von höchstens 100 mg, bevorzugt höchstens 80 mg und besonders bevorzugt höchstens 50 mg, in dem Anzünder vor. Mengen deutlich unter 20 mg sind aus Gründen der Handhabbarkeit und Dosiergenauigkeit in der Praxis weniger bevorzugt.According to the invention, the pyrotechnic composition is present in the lighter in an amount of at most 100 mg, preferably at most 80 mg and particularly preferably at most 50 mg. Amounts well below 20 mg are less preferred in practice for reasons of handling and metering accuracy.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Menge des pyrotechnischen Satzes in dem Anzünder etwa 20 mg bis 50 mg, besonders bevorzugt 20 mg bis 40 mg.According to a preferred embodiment, the amount of pyrotechnic composition in the lighter is about 20 mg to 50 mg, more preferably 20 mg to 40 mg.

Zusätzlich zu dem pyrotechnischen Satz ist ein energieverzehrender Zusatz in dem Anzünder vorgesehen, wobei das Massenverhältnis des energieverzehrenden Zusatzes zum pyrotechnischen Satz mindestens 0,1 beträgt. Gemäß der obigen Definition des pyrotechnischen Satzes werden auch übliche Zusätze wie Verarbeitungshilfsmittel und Bindemittel als energieverzehrender Zusatz angesehen.In addition to the pyrotechnic charge, an energy-absorbing additive is provided in the lighter, the mass ratio of the energy-consuming additive to the pyrotechnic charge being at least 0.1. According to the above definition of the pyrotechnic composition, conventional additives such as processing aids and binders are also considered as an energy-consuming additive.

Der maximale Anteil des energieverzehrenden Zusatzes beträgt vorzugsweise etwa das Doppelte des pyrotechnischen Satzes. Höhere Anteile können in der Praxis dazu führen, dass das Verhältnis von pyrotechnischem Satz zur Gesamtmenge der Anzünderladung ein ungünstiges Maß annimmt und der benötigte Bauraum unerwünscht ansteigt. The maximum proportion of energy-consuming additive is preferably about twice the pyrotechnic rate. Higher proportions may in practice lead to the ratio of pyrotechnic charge to the total amount of igniter charge takes an unfavorable degree and the required space increases undesirably.

Vorzugsweise wird der Anteil des energieverzehrenden Zusatzes, abhängig von der Art und Wirkungsweise des energieverzehrenden Zusatzes, bei etwa 20 bis 150%, besonders bevorzugt bis 100% liegen, jeweils bezogen auf die Masse des pyrotechnischen Satzes.Preferably, the proportion of the energy-consuming additive, depending on the nature and mode of action of the energy-consuming additive, is about 20 to 150%, particularly preferably up to 100%, in each case based on the mass of the pyrotechnic composition.

Der pyrotechnische Satz und der energieverzehrende Zusatz bilden die einzigen pyrotechnisch wirksamen Komponenten des erfindungsgemäßen Anzünders. Insbesondere enthält der Anzünder keine weiteren Verstärkerladungen.The pyrotechnic composition and the energy-consuming additive form the only pyrotechnically active components of the igniter according to the invention. In particular, the lighter contains no further booster charges.

Die Erfindung ermöglicht die technisch prozesssichere Bereitstellung einer definierten Anzünderleistung, die zur Anpassung an den jeweiligen Anwendungszweck durch Zugabe eines energieverzehrenden Zusatzes in vorbestimmter Höhe reduziert werden kann. Der energieverzehrende Zusatz kann in Form von festen oder flüssigen Stoffen oder Stoffgemischen vorliegen, die entweder durch endotherme chemische Umsetzung oder durch Phasenzustandsänderung und/oder Aggregatzustandsänderung, beispielsweise durch Schmelzen oder Verdampfen, Energie verbrauchen.The invention enables the technically reliable provision of a defined igniter performance, which can be reduced to adapt to the particular application by adding an energy-absorbing additive in a predetermined amount. The energy-consuming additive can be in the form of solid or liquid substances or mixtures of substances that consume energy either by endothermic chemical reaction or by phase state change and / or state of aggregation, for example by melting or evaporation.

Wünschenswert ist eine schnelle Umsetzung der Stoffe und Stoffgemische, damit die energieverzehrende Wirkung während der kurzen Aktivierungszeit des Anzünders erzielt werden kann.It is desirable to have a fast conversion of the substances and mixtures so that the energy-consuming effect can be achieved during the short activation time of the lighter.

Die energieverzehrenden Zusätze können im Anzündergehäuse entweder in der Nähe des pyrotechnischen Satzes, insbesondere unmittelbar angrenzend an diesen, vorliegen, oder direkt in den pyrotechnischen Satz eingearbeitet sein. Auch die Kombination der beiden Ausführungsformen kann vorteilhaft sein und ist ausdrücklich Gegenstand der Erfindung.The energy-consuming additives may be present in the igniter housing either in the vicinity of the pyrotechnic composition, in particular immediately adjacent thereto, or incorporated directly into the pyrotechnic composition. The combination of the two embodiments may be advantageous and is expressly the subject of the invention.

Der energieverzehrende Zusatz kann ein anorganischer oder ein organischer Stoff oder ein Stoffgemisch sein. Möglich ist auch die Verwendung von Gemischen aus anorganischen und organischen Stoffen.The energy-consuming additive can be an inorganic or an organic substance or a mixture of substances. It is also possible to use mixtures of inorganic and organic substances.

Beispiele für anorganische Stoffe, die als energieverzehrender Zusatz verwendet werden können, sind Metalle, Metallhydride, Metalloxide, Metallhydroxide, Metallcarbonate, Metallnitrate, Metallchloride Metallchlorate, Metallperchlorate, Metallsulfate, Metallphosphate sowie der Nichtmetalloxide, -Nichtmetallhydroxide, Nichtmetallcarbonate, Nichtmetallnitrate, Nichtmetallchloride, Nichtmetallchlorate, Nichtmetallperchlorate, Nichtmetallsulfate, Nichtmetallphosphate und deren Mischungen.Examples of inorganic substances that can be used as an energy-absorbing additive are metals, metal hydrides, metal oxides, metal hydroxides, metal carbonates, metal nitrates, metal chlorides, metal chlorates, metal perchlorates, metal sulfates, metal phosphates and non-metal oxides, non-metal hydroxides, non-metal carbonates, non-metal nitrates, non-metal chlorides, non-metal chlorates, non-metal perchlorates , Non-metal sulfates, non-metal phosphates and mixtures thereof.

Bevorzugt ist der anorganische energieverzehrende Zusatz aus der aus Zirkoniummetall, Wolframmetall, Zirkoniumhydrid, Titanhydrid, SiO₂, Al₂O₃, Glas, Keramik, Fe₂O₃, Fe₃O₄, CuO, basisches Kupfernitrat, NaCl, KCl, NH₄Cl, MgCO₃, CaCO₃, Mg(OH)₂, Marmor, Dolomit, Al(OH)₃, NH₄NO₃, NaNO₃, KNO₃, NH₄ClO₄, KClO₄ sowie deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt.The inorganic energy-consuming additive is preferably composed of zirconium metal, tungsten metal, zirconium hydride, titanium hydride, SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , glass, ceramic, Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄ , CuO, basic copper nitrate, NaCl, KCl, NH ₄ Cl, MgCO ₃ , CaCO ₃ , Mg (OH) ₂ , marble, dolomite, Al (OH) ₃ , NH ₄ NO ₃ , NaNO ₃ , KNO ₃ , NH ₄ ClO ₄ , KClO ₄ and mixtures thereof.

Besonders bevorzugte Beispiele für den energieverzehrenden Zusatz sind Inertstoffe, d. h. Stoffe die nicht an einer chemischen Umsetzung teilnehmen, sondern lediglich durch Zustandsänderungen wie Schmelzen und Verdampfen energieverzehrend wirken.Particularly preferred examples of the energy-consuming additive are inert substances, i. H. Substances that do not participate in a chemical conversion, but only by changes in state such as melting and evaporation act energy-consuming.

Bevorzugte Inertstoffe sind SiO₂, Al₂O₃, Glaspulver, Keramikpulver, Salze wie NaCl, Metallpulver und Metalloxide.Preferred inert materials are SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , glass powder, ceramic powder, salts such as NaCl, metal powder and metal oxides.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können als energieverzehrender Zusatz solche Stoffe verwendet werden, die sich endotherm zersetzen, wobei zusätzlich Gase gebildet werden.According to a further embodiment, such substances which decompose endothermically can be used as an energy-consuming additive, gases additionally being formed.

Beispiele für sich endotherm zersetzende Stoffe sind Hydroxide, Karbonate, Nitrate, Sulfate und Perchlorate, insbesondere Al(OH)₃, MgCO₃ und CaCO₃. Der Zusatz dieser Stoffe hat einen besonders starken Einfluss auf die Verbrennungstemperatur und den Abbrand des pyrotechnischen Satzes. Der Anteil des anorganischen, endotherm zersetzlichen Zusatzes beträgt bevorzugt mindestens 10% bezogen auf die Masse des pyrotechnischen Satzes, besonders bevorzugt mindestens 20%. Eine praktisch sinnvolle Obergrenze für den Einsatz dieser Zusätze wird bei etwa 150% liegen.Examples of endothermically decomposing substances are hydroxides, carbonates, nitrates, sulfates and perchlorates, in particular Al (OH) ₃ , MgCO ₃ and CaCO ₃ . The addition of these substances has a particularly strong influence on the combustion temperature and the combustion of the pyrotechnic composition. The proportion of the inorganic, endothermically decomposable additive is preferably at least 10%, based on the mass of the pyrotechnic composition, more preferably at least 20%. A practically sensible upper limit for the use of these additives will be around 150%.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform werden als energieverzehrender Zusatz solche Stoffe verwendet, die bereits als Brennstoff oder Oxidationsmittel im pyrotechnischen Satz enthalten sind. According to a particular embodiment, substances which are already present as fuel or oxidizing agent in the pyrotechnic composition are used as the energy-consuming additive.

Am Beispiel einer Mischung aus Zirkonium (Zr) und Kaliumperchlorat (ZPP) kann gezeigt werden, dass bei einer starken Verschiebung der Rezeptur durch Zusatz von entweder Zirkonium oder Kaliumperchlorat, d. h. einem Entfernen von der stöchiometrisch idealen Zusammensetzung (2Zr + KClO₄ = 2ZrO₂ + KCl) mit meist maximalem Energieinhalt, der Überschuss des jeweiligen Reaktionspartners als Energiesenke wirkt. Bei überhöhtem Zr-Anteil („zu wenig KClO₄”) wird das überschüssige Metall lediglich verflüssigt oder verdampft, aber nicht mehr vollständig oxidiert. Bei überhöhtem Kaliumperchloratanteil wirkt der Überschuss als sich endotherm zersetzender bzw. verdampfender Zusatz (KClO₄ = KCl + 2O₂).Using a mixture of zirconium (Zr) and potassium perchlorate (ZPP) as an example, it can be shown that the formulation is greatly displaced by the addition of either zirconium or potassium perchlorate, ie a removal from the stoichiometrically ideal composition (2Zr + KClO ₄ = 2ZrO ₂ + KCl) with mostly maximum energy content, the excess of the respective reaction partner acts as an energy sink. With excessive Zr content ("too little KClO ₄ "), the excess metal is merely liquefied or vaporized, but no longer completely oxidized. When excess potassium perchlorate content, the excess acts as an endothermic decomposing or vaporizing additive (KClO ₄ = KCl + 2O ₂ ).

Entsprechend der Verschiebung der Rezeptur lässt sich durch Zusatz von Zirkonium oder Kaliumperchlorat sowohl die erzeugte Gasmenge steuern als auch die Verbrennungstemperatur und damit die Anzünderleistung mehr oder weniger stark absenken.According to the displacement of the recipe can be controlled by the addition of zirconium or potassium perchlorate both the amount of gas produced and lower the combustion temperature and thus the lighter more or less.

Der überschüssige Zirkoniumanteil beträgt vorzugsweise wenigstens 20%, bezogen auf die stöchiometrische Mischung aus Zr und KClO₄, besonders bevorzugt wenigstens 30% und ganz besonders bevorzugt zwischen 30 und 70%.The excess zirconium content is preferably at least 20%, based on the stoichiometric mixture of Zr and KClO ₄ , more preferably at least 30% and most preferably between 30 and 70%.

Falls das Kaliumperchlorat im Überschuss eingesetzt wird, beträgt der Überschussanteil, bezogen auf die stöchiometrische Mischung aus Zr und KClO₄, bevorzugt 20%, besonders bevorzugt wenigstens 30% und ganz besonders bevorzugt zwischen 30 und 70%.If the potassium perchlorate is used in excess, the excess fraction, based on the stoichiometric mixture of Zr and KClO ₄ , is preferably 20%, more preferably at least 30% and most preferably between 30 and 70%.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass keine Fremdstoffe eingesetzt werden müssen. Hierdurch können Probleme hinsichtlich der chemischen Verträglichkeit der Komponenten und der Langzeit- und Alterungsbeständigkeit umgangen werden.An advantage of this embodiment is that no foreign matter must be used. As a result, problems with respect to the chemical compatibility of the components and the long-term and aging resistance can be circumvented.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Zusatz von korrespondierenden Salzpaaren im stöchiometrischen Verhältnis zum pyrotechnischen Satz vorgesehen. Bei der Umsetzung der Salzpaare kommt es zu einem Ionenaustausch wobei Salze gebildet werden, die wiederum durch ihre Verdampfungsenthalpie kühlend wirken können. Der Zusatz von korrespondierenden Salzpaaren ist beispielsweise aus der Verwendung in sogenannten „Wettersprengstoffen” bekannt, um die Temperatur der Verbrennungsschwaden abzusenken.According to a further embodiment, the addition of corresponding salt pairs in the stoichiometric ratio to the pyrotechnic composition is provided. In the implementation of the salt pairs there is an ion exchange with salts being formed, which in turn can act cooling by their enthalpy of vaporization. The addition of corresponding salt pairs is known for example from the use in so-called "weather explosives" to lower the temperature of the combustion clouds.

Ein bevorzugtes Beispiel für ein korrespondierendes Salzpaar ist ein stöchiometrisches Gemisch aus Ammoniumchlorid und Natriumnitrat, bzw. Kaliumnitrat oder Strontiumnitrat, das gemäß der folgenden Reaktionsgleichung umgesetzt wird: 2NH₄Cl + 2NaNO₃ (bzw. 2KNO₃ oder 1Sr(NO₃)₂) = 2N₂ + 4H₂O + O₂ + 2NaCl (bzw. 2KCl oder 1SrCl₂) A preferred example of a corresponding salt pair is a stoichiometric mixture of ammonium chloride and sodium nitrate, or potassium nitrate or strontium nitrate, which is reacted according to the following reaction equation: 2NH ₄ Cl + 2NaNO ₃ (or 2KNO ₃ or 1Sr (NO ₃ ) ₂ ) = 2N ₂ + 4H ₂ O + O ₂ + 2NaCl (or 2KCl or 1SrCl ₂ )

Das korrespondierende Salzpaar wird vorzugsweise in einem Anteil von mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des pyrotechnischen Satzes, zugegeben. Besonders bevorzugt beträgt der Anteil des Salzpaares mindestens 20 Gew.-%. Eine praktisch sinnvolle Obergrenze für den Einsatz von korrespondierenden Salzpaaren wird bei etwa 150 Gew.-%, vorzugsweise bei etwa 60 Gew.-% liegen.The corresponding salt pair is preferably added in a proportion of at least 10% by weight, based on the weight of the pyrotechnic composition. The proportion of the salt pair is particularly preferably at least 20% by weight. A practically useful upper limit for the use of corresponding salt pairs will be about 150% by weight, preferably about 60% by weight.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der energieverzehrende Zusatz eine sich endotherm zersetzende organische Verbindung mit vorzugsweise möglichst niedriger, negativer Bildungsenthalpie, die einen großen Energiebedarf für die Zersetzung aufweist. Bei der Zersetzung organischer Verbindungen entstehen im Allgemeinen gasförmige Reaktionsprodukte.According to a further embodiment, the energy-consuming additive is an endothermically decomposing organic compound having preferably the lowest possible negative formation enthalpy, which has a high energy requirement for the decomposition. The decomposition of organic compounds generally produces gaseous reaction products.

Beispiele für geeignete organische Verbindungen zur Verwendung als energieverzehrender Zusatz sind aus der Gruppe der Carbonsäuren, Carbonsäureamide, Carbonsäureester, Carbonsäurenitrile, Ketone, Amine, Ether, Hydroxamsäuren, Peroxide, Azo- und Hydrazoverbindungen, heterozyklischen Verbindungen, Polymere sowie deren Salze und deren Mischungen ausgewählt.Examples of suitable organic compounds for use as energy-absorbing additive are selected from the group of carboxylic acids, carboxylic acid amides, carboxylic acid esters, carbonitriles, ketones, amines, ethers, hydroxamic acids, peroxides, azo and hydrazo compounds, heterocyclic compounds, polymers and their salts and mixtures thereof.

Bevorzugte organische Verbindungen, die als energieverzehrender Zusatz verwendet werden können, sind Carbonsäuren, Carbonsäureamide, Carbonsäureester, Carbonsäurenitrile, Ketone, Amine, Ether, Hydroxamsäuren, Peroxide, Azo- und Hydrazoverbindunen, heterozyklische Verbindungen und Polymere, sowie deren Salze und Metallkomplexe, allein oder im Gemisch miteinander.Preferred organic compounds which can be used as an energy-consuming additive are carboxylic acids, carboxylic acid amides, carboxylic acid esters, carbonitriles, ketones, amines, ethers, hydroxamic acids, peroxides, azo and Hydrazoverbindunen, heterocyclic compounds and polymers, and their salts and metal complexes, alone or im Mixture with each other.

Gut geeignet sind insbesondere Oxalsäure, Fumarsäure, Cyanursäure und deren Salze, Guanidin, Melamin, Harnstoff und deren Verbindungen, wobei Oxalsäure und deren Salze, Melamin, und Harnstoffverbindungen, allein oder im Gemisch miteinander, besonders bevorzugt sind. Especially suitable are oxalic acid, fumaric acid, cyanuric acid and its salts, guanidine, melamine, urea and their compounds, with oxalic acid and its salts, melamine, and urea compounds, alone or mixed with one another, being particularly preferred.

Polymere zur Verwendung als energieverzehrender Zusatz sind vorzugsweise aus der Gruppe der Fuorkunststoffe wie z. B. Teflon^® und Viton^®, der Chlorkunststoffe wie Neopren, PVC und PVDC sowie der Polyester, Polyether, Polyurethane, Cellulosederivate, Polyvinylacetate und Elastomere bestehenden Gruppe ausgewählt.Polymers for use as an energy-absorbing additive are preferably selected from the group of fluoroplastics such. Teflon ^® and Viton ^® , the chloroplastics such as neoprene, PVC and PVDC and the polyester, polyethers, polyurethanes, cellulose derivatives, polyvinyl acetates and elastomers existing group selected.

Als Oxidationsmittel im pyrotechnischen Satz können grundsätzlich alle bekannten Oxidationsmittel wie Chlorate, Perchlorate und/oder Nitrate von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen sowie Ammoniumperchlorat eingesetzt werden, die mit den genannten Brennstoffen exotherm reagieren. Bevorzugte Oxidationsmittel sind Perchlorate, insbesondere Kaliumperchlorat.In principle, all known oxidizing agents, such as chlorates, perchlorates and / or nitrates of alkali metals and alkaline earth metals and ammonium perchlorate, which react exothermically with the stated fuels, can be used as the oxidizing agent in the pyrotechnic composition. Preferred oxidizing agents are perchlorates, especially potassium perchlorate.

Besonders bevorzugte pyrotechnische Sätze sind die Gemische von Zirkonium und Kaliumperchlorat (ZPP) sowie von Titanhydrid und Kaliumperchlorat (THPP).Particularly preferred pyrotechnic compositions are the mixtures of zirconium and potassium perchlorate (ZPP) as well as titanium hydride and potassium perchlorate (THPP).

Die Auswahl des jeweiligen energieverzehrenden Zusatzes wird im Wesentlichen durch die gewünschte Leistungsanpassung des Anzünders in Form von Verbrennungstemperatur und Gasmenge bestimmt. Außerdem wird der Einfluss der energieverzehrenden Zusätze auf die Anzünd- und Abbrandeigenschaften des pyrotechnischen Satzes zu berücksichtigen sein.The selection of the respective energy-consuming additive is essentially determined by the desired power adjustment of the lighter in the form of combustion temperature and gas quantity. In addition, the influence of the energy-consuming additives on the igniting and burning properties of the pyrotechnic composition must be taken into account.

Bevorzugt wird der energieverzehrende Zusatz in Form eines Granulats oder eines feinen Pulvers eingesetzt. Damit kann eine möglichst schnelle und vollständige Umsetzung des energieverzehrenden Zusatzes erreicht werden.The energy-consuming additive is preferably used in the form of a granulate or a fine powder. Thus, the fastest possible and complete implementation of the energy-consuming additive can be achieved.

Mit dem erfindungsgemäßen Anzünder ist eine einfache Anpassung der Anzünderleistung unterhalb der bisher prozesstechnisch erreichbaren Einwaagen möglich. Die geringe Menge an pyrotechnischem Satz, verbunden mit der Steuerung der Abbrandtemperatur und der vom Anzünder freigesetzten Gasmenge erlaubt eine Auslegung der Aktuatoren mit reduzierter Wandstärke. Dies führt wiederum zu einer Bauraumreduzierung und damit zu einer Kostensenkung.With the lighter according to the invention, a simple adaptation of the lighter power is possible below the previously technically achievable weights. The small amount of pyrotechnic composition, combined with the control of the burn-off temperature and the amount of gas released by the igniter allows a design of the actuators with reduced wall thickness. This in turn leads to a reduction in space and thus to a reduction in costs.

Der erfindungsgemäße pyrotechnische Anzünder wird insbesondere in einer Sicherheitseinrichtung verwendet, insbesondere einer Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuge, wobei die Sicherheitseinrichtung ein Gurtstraffer, ein Motorhaubenaufsteller, eine Motorhaubenentriegelung, eine aktive Kopfstütze, ein aktiver Überrollbügel, eine Sitzentriegelungsvorrichtung, eine Airbagentlüftungseinrichtung, eine Fangbandtrennvorrichtung, ein Kabeltrenner und/oder eine Batterietrennvorrichtung sein kann.The pyrotechnic lighter according to the invention is used in particular in a safety device, in particular a safety device for vehicles, wherein the safety device comprises a belt tensioner, a hood mount, an engine hood release, an active head restraint, an active roll bar, a seat release device, an airbag venting device, a tether divider, a cable divider and / or or a battery separator.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. In den Figuren zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying figures. In the figures show:

1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Anzünders; 1 a schematic sectional view of a lighter according to the invention;

2 die schematische Schnittansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Anzünders und 2 the schematic sectional view of another lighter according to the invention and

3 experimentell ermittelte Druckkurven von ZPP-Mischungen mit und ohne energieverzehrenden Zusatz. 3 experimentally determined pressure curves of ZPP mixtures with and without energy-consuming additive.

4 bis 8 schematische Schnittansichten von jeweils weiteren erfindungsgemäßen Anzündern. 4 to 8th schematic sectional views of each other inventive igniters.

In den Figuren sind gleiche Bezugszeichen für Teile mit gleicher Funktion verwendet.In the figures, the same reference numerals are used for parts having the same function.

In 1 ist ein Anzünder 100 gezeigt. Der Anzünder 100 weist zwei elektrische Kontaktpins 102 auf, die abschnittsweise parallel zueinander verlaufen. Die beiden Kontaktpins 102 sind mit Abstand zueinander in einer elektrisch isolierenden Masse eingebettet. Die isolierende Masse ist Teil eines den unteren Abschnitt des Anzünders 100 bildenden Polkörpers 104. Die isolierende Masse und der Polkörper 104 können aus einem geeigneten Kunststoff bestehen.In 1 is a lighter 100 shown. The lighter 100 has two electrical contact pins 102 on, which run in sections parallel to each other. The two contact pins 102 are embedded at a distance from each other in an electrically insulating material. The insulating mass is part of a lower section of the lighter 100 forming polar body 104 , The insulating mass and the polar body 104 can be made of a suitable plastic.

Das obere Ende des Polkörpers 104 ist von einer Kappe 122 umschlossen, die mit dem Polkörper 104 verbunden ist. Das Innere der Kappe 122 definiert eine Zündkammer 124, in der eine Anzündladung 116 aufgenommen ist. Die Anzündladung 116 ist in diesem Beispiel in ein Primärzündmittel 118 und ein Sekundärzündmittel 120 unterteilt. Im Sinne der Erfindung bildet die gesamte Anzündladung 116 die Kombination aus pyrotechnischem Satz und energieverzehrendem Zusatz, unabhängig von einer Unterteilung in Primär- und Sekundärzündmittel.The upper end of the polar body 104 is from a cap 122 enclosed with the polar body 104 connected is. The inside of the cap 122 defines an ignition chamber 124 in which a firing charge 116 is included. The ignition charge 116 is in this example in a primary ignition agent 118 and a secondary ignition agent 120 divided. For the purposes of the invention, the entire ignition charge forms 116 the combination of pyrotechnic composition and energy-consuming additive, independent of a subdivision into primary and secondary igniters.

Die Kappe 122 hat an ihrem freien Rand eine ebene Stirnfläche 128, die einer ebenen Schulterfläche 130 des Polkörpers 104 gegenüberliegt. Eine zylindrische innere Umfangswand 132 der Kappe 122 umgibt das obere Ende des Polkörpers 104. Das geschlossene Ende der Kappe 122 bildet eine ebene Stirnwand 134. Zwischen der Stirnwand 134 und dem radial nach außen abstehenden Rand der Stirnfläche 128 weist die Kappe 122 eine zylindrische Umfangswand 136 auf. Die Kappe 122 kann aus Metall oder Kunststoff bestehen.The cap 122 has a flat face on its free edge 128 that a flat shoulder surface 130 of the polar body 104 opposite. A cylindrical inner peripheral wall 132 the cap 122 surrounds the upper end of the polar body 104 , The closed end of the cap 122 forms a flat front wall 134 , Between the front wall 134 and the radially outwardly projecting edge of the end face 128 has the cap 122 a cylindrical peripheral wall 136 on. The cap 122 can be made of metal or plastic.

Beide Kontaktpins 102 ragen etwa 0,1 bis 1 mm über eine ebene Stirnseite 106 der isolierenden Masse und des Polkörpers 104 heraus. Auch die über die isolierenden Masse hervorstehenden Stirnseiten 108 der Kontaktpins 102 sind im Wesentlichen eben.Both contact pins 102 protrude about 0.1 to 1 mm above a flat face 106 the insulating mass and the polar body 104 out. Also the over the insulating mass protruding front sides 108 the contact pins 102 are essentially flat.

Zwischen den Kontaktpins 102, genauer gesagt zwischen den Stirnseiten 108 der Kontaktpins 102 in der Zündkammer 124, erstreckt sich eine Zündbrücke in Form eines elektrisch leitenden Brückendrahts 110, der an seinen freien Enden mit den Kontaktpins 102 verschweißt ist. Auf diese Weise ist der Brückendraht 110 mit beiden Kontaktpins 102 elektrisch verbunden.Between the contact pins 102 more precisely between the front sides 108 the contact pins 102 in the ignition chamber 124 , An ignition bridge extends in the form of an electrically conductive bridge wire 110 , which at its free ends with the contact pins 102 is welded. This is the bridge wire 110 with both contact pins 102 electrically connected.

Die Stirnseite 106 des Polkörpers 104, die oberen Enden der Kontaktpins 102 einschließlich der Stirnseiten 108 und auch der Brückendraht 110 stehen in Kontakt mit der Anzündladung 116.The front side 106 of the polar body 104 , the upper ends of the contact pins 102 including the front ends 108 and also the bridge wire 110 are in contact with the ignition charge 116 ,

Der in 2 gezeigte Anzünder 200 weist ebenfalls zwei elektrische Kontaktpins 102 auf, die mit Abstand zueinander an einem Polkörper 104 angebracht sind. Dabei ist der in 2 rechtsseitig abgebildete Kontaktpin 102 an einem Metallring angebracht, vorzugsweise an diesen angeschweißt, und der linksseitig abgebildete Kontaktpin 102 ist in einer elektrisch isolierenden Glasmasse, die sich in das Innere des Metallrings hinein erstreckt, eingebettet. Der Polkörper 104 umfasst den Metallring und die isolierende Glasmasse. Das obere Ende des Polkörpers 104 ist von einer vorzugsweise aus Metall gebildeten Kappe 222 umschlossen, die mit dem Polkörper 104 verbunden ist. Auf die Metallkappe 222 ist eine weitere Kunststoffkappe 223 aufgesetzt. Die Kontaktpins 102 und der Polkörper 104 sowie die unteren Enden der Metallkappe 222 und der Kunststoffkappe 223 sind zusätzlich von einer Ummantelung 203 aus Kunststoff umgeben.The in 2 shown lighter 200 also has two electrical contact pins 102 on, with a distance to each other on a polar body 104 are attached. Here is the in 2 right-side contact pin 102 attached to a metal ring, preferably welded to this, and the contact pin shown on the left side 102 is embedded in an electrically insulating glass mass which extends into the interior of the metal ring. The polar body 104 includes the metal ring and the insulating glass mass. The upper end of the polar body 104 is of a cap preferably formed of metal 222 enclosed with the polar body 104 connected is. On the metal cap 222 is another plastic cap 223 placed. The contact pins 102 and the polar body 104 as well as the lower ends of the metal cap 222 and the plastic cap 223 are additionally of a sheath 203 surrounded by plastic.

Das Innere der Kappe 222 definiert zusammen mit dem Polkörper 104 eine Zündkammer 124, in der eine Anzündladung 116 aufgenommen ist. Die Anzündladung 116 ist auch bei dieser Ausführungsform in ein Primärzündmittel 118 und ein Sekundärzündmittel 120 unterteilt. Wie bei der in 1 gezeigten Ausführungsform bildet die gesamte Anzündladung 116 die Kombination aus pyrotechnischem Satz und energieverzehrendem Zusatz, unabhängig von einer Unterteilung in Primär- und Sekundärzündmittel.The inside of the cap 222 defined together with the polar body 104 an ignition chamber 124 in which a firing charge 116 is included. The ignition charge 116 is also in this embodiment in a Primärzündmittel 118 and a secondary ignition agent 120 divided. As with the in 1 the embodiment shown forms the entire ignition charge 116 the combination of pyrotechnic composition and energy-consuming additive, independent of a subdivision into primary and secondary igniters.

Die Stirnseite 106 des Polkörpers 104, die Stirnseiten 108 der Kontaktpins 102 und auch der Brückendraht 110 stehen in Kontakt mit der Anzündladung 116.The front side 106 of the polar body 104 , the front ends 108 the contact pins 102 and also the bridge wire 110 are in contact with the ignition charge 116 ,

Der in 4 gezeigte Anzünder 300 weist, wie der in 2 gezeigte Anzünder, ebenfalls zwei elektrische Kontaktpins 102 auf, die mit Abstand zueinander an einem Polkörper 104 angebracht sind. Dabei ist der in 4 linksseitig abgebildete Kontaktpin 102 an einem Metallring angebracht, vorzugsweise an diesen angeschweißt, und der rechtsseitig abgebildete Kontaktpin 102 ist in eine elektrisch isolierende Glasmasse, die sich in das Innere des Metallrings hinein erstreckt, eingebettet. Der Polkörper 104 umfasst den Metallring und die isolierende Glasmasse. Das obere Ende des Polkörpers 104 ist von einer vorzugsweise aus Metall gebildeten Kappe 222 umschlossen, die mit dem Polkörper 104 verbunden ist.The in 4 shown lighter 300 shows how the in 2 shown lighter, also two electrical contact pins 102 on, with a distance to each other on a polar body 104 are attached. Here is the in 4 on the left side shown contact pin 102 attached to a metal ring, preferably welded to this, and the contact pin shown on the right side 102 is embedded in an electrically insulating glass mass which extends into the interior of the metal ring. The polar body 104 includes the metal ring and the insulating glass mass. The upper end of the polar body 104 is of a cap preferably formed of metal 222 enclosed with the polar body 104 connected is.

Der in 4 gezeigte Anzünder hat im Gegensatz zu dem in 2 gezeigten Anzünder keine auf die Metallkappe 222 weitere aufgesetzte Kunststoffkappe, wie sie in 2 mit dem Bezugszeichen 223 dargestellt ist. Ebenso weist der in 4 dargestellte Anzünder auch keine umfassende Ummantelung aus Kunststoff auf, wie sie in der 2 mit dem Bezugszeichen 203 dargestellt ist. Jedoch sind bei einem Anzünder der 4 die vorgenannten, nicht dargestellten Bauteile, nämlich eine Kunststoffkappe 223 und einen Ummantelung aus Kunststoff 203, wie in 2 dargestellt, ebenfalls denkbar.The in 4 shown lighter has in contrast to the in 2 none shown on the metal cap 222 another patch plastic cap, as in 2 with the reference number 223 is shown. Likewise, the in 4 shown lighter also no comprehensive sheath of plastic, as in the 2 with the reference number 203 is shown. However, in a lighter of the 4 the aforementioned, not shown components, namely a plastic cap 223 and a plastic sheath 203 , as in 2 represented, also conceivable.

In 4 definiert das Innere der Kappe 222 zusammen mit dem Polkörper 104 die Zündkammer 124, in der ein pyrotechnischer Satz 340 und ein energieverzehrender Zusatz 342 aufgenommen sind. Im Unterschied zu den vorbeschriebenen 1 und 2 sind nun bei der 4, und auch bei den weiteren 5 bis 8, der pyrotechnische Satz 340 und der energieverzehrender Zusatz 342 explizit räumlich getrennt voneinander, innerhalb der Zündkammer 124, angeordnet.In 4 defines the inside of the cap 222 together with the polar body 104 the ignition chamber 124 in which a pyrotechnic sentence 340 and an energy-consuming addition 342 are included. In contrast to the above 1 and 2 are now at the 4 , and also with the others 5 to 8th , the pyrotechnic phrase 340 and the energy-consuming additive 342 explicitly spatially separated from each other, within the ignition chamber 124 arranged.

Die Stirnseite 106 des Polkörpers 104, die Stirnseiten 108 der Kontaktpins 102 und auch der Brückendraht 110 stehen in Kontakt mit dem pyrotechnischen Satz 340.The front side 106 of the polar body 104 , the front ends 108 the contact pins 102 and also the bridge wire 110 are in contact with the pyrotechnic phrase 340 ,

Die in den 5 bis 8 gezeigten Anzünder sind im Wesentlichen analog zu dem oben beschriebenen Anzünder der 4 aufgebaut, unterscheiden sich jedoch untereinander und im Vergleich zu dem Anzünder der 4 in Art und Weise der räumlichen Verteilung bzw. räumlichen Anordnung von pyrotechnischen Satz 340 und energieverzehrenden Zusatz 342. Dabei ist allen 4 bis 8 gemeinsam, dass der pyrotechnische Satz 340 und der energieverzehrende Zusatz 342 unmittelbar zueinander angrenzend angeordnet sind, indem sie vorzugsweise zusammen die gesamte Zündkammer 124 ausfüllen. Die 5 bis 8 sind ohne Bezugszeichen dargestellt, da dort die Bezugszeichen der 4 analog anwendbar sind.The in the 5 to 8th Igniter shown are substantially analogous to the lighter described above 4 built, however, differ from each other and compared to the lighter of the 4 in the manner of spatial distribution or spatial arrangement of pyrotechnic sentence 340 and energy-consuming additive 342 , It is all 4 to 8th together, that the pyrotechnic phrase 340 and the energy-consuming additive 342 are arranged directly adjacent to each other by preferably together the entire ignition chamber 124 fill out. The 5 to 8th are shown without reference numerals, since there the reference numerals of 4 are analogously applicable.

Der in 4 dargestellte pyrotechnische Satz 340 hat die Form einer Kugelkalotte bzw. Kuppel, wobei sich die Spitze der Kuppel weg von der Stirnseite 106 des Polkörpers 104 erstreckt. Der energieverzehrende Zusatz 342 ist in komplementärer Form und unmittelbar angrenzend zu dieser Kuppelform angeordnet und füllt den restlichen Raum der Zündkammer 124 aus.The in 4 illustrated pyrotechnic phrase 340 has the shape of a spherical dome or dome, with the top of the dome away from the front 106 of the polar body 104 extends. The energy-consuming additive 342 is arranged in a complementary shape and immediately adjacent to this dome shape and fills the remaining space of the ignition chamber 124 out.

In 5 und 6 ist analog zu 4 der pyrotechnische Satz 340 ebenfalls in der Form einer Kuppel ausgebildet, wobei in 5 die Kuppel eine stärkere Krümmung als in 4 aufweist und die Basisfläche der Kuppel nur an einen Teilbereich der Stirnseite 106 des Polkörpers 104 angrenzt. In 6 ist als pyrotechnischer Satz 340 eine Kuppel ausgebildet, die noch zusätzlich über die gesamte Fläche der Stirnseite 106 des Polkörpers 104 eine Schicht mit pyrotechnischen Material, mit im Wesentlichen konstanter Dicke, aufweist.In 5 and 6 is analogous to 4 the pyrotechnic phrase 340 also formed in the shape of a dome, wherein in 5 the dome has a stronger curvature than in 4 has and the base surface of the dome only to a portion of the front page 106 of the polar body 104 borders. In 6 is as a pyrotechnic phrase 340 a dome is formed, which in addition over the entire surface of the front side 106 of the polar body 104 a layer of pyrotechnic material of substantially constant thickness.

7 zeigt den pyrotechnischen Satz 340 und energieverzehrenden Zusatz 342 in Form zweier gerader, direkt aneinander angrenzender, Zylinder mit im Wesentlichen gleicher Höhe, die sich über den gesamten Querschnitt der Zündkammer 124 erstrecken, wohingegen sich dazu im Vergleich der in 8 gezeigte pyrotechnische Satz 340 nur über einen Teilbereich des Querschnitts der Zündkammer 124 erstreckt und nur an einen Teilbereich der Stirnseite 106 des Polkörpers 104 angrenzt. 7 shows the pyrotechnic phrase 340 and energy-consuming additive 342 in the form of two straight, directly adjacent, cylinders of substantially equal height, extending over the entire cross section of the ignition chamber 124 whereas, in comparison, in 8th shown pyrotechnic set 340 only over a portion of the cross section of the ignition chamber 124 extends and only to a portion of the front page 106 of the polar body 104 borders.

Bei den 4, 5 und 8 ist der pyrotechnische Satz 340 von dem energieverzehrenden Zusatz 342 umschlossen, sozusagen eingehäust, bis auf die Stirnseite 106 des Polkörpers 104 und die Stirnseiten 108 der Kontaktpins 102, an welche der pyrotechnische Satz 340 selbst angrenzt. In den Ausführungsformen bestehen gemäß den 1 und 2 der pyrotechnische Satz in der Anzündladung 116 und gemäß der 4 bis 8 der pyrotechnische Satz 340 aus einem Oxidationsmittel und einem anorganischen Brennstoff, die definitionsgemäß in stöchiometrischem Verhältnis vorliegen. Der anorganische Brennstoff ist aus der aus Magnesium, Aluminium, Magnesiumaluminiumlegierungen, Titan, Zirkonium, Titanaluminiumlegierungen, Lithiumhydrid, Magnesiumhydrid, Lithiumaluminium-hydrid, Titanhydrid, Wolfram, Zirkonium-Wolframlegierungen und deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt.Both 4 . 5 and 8th is the pyrotechnic phrase 340 from the energy-consuming additive 342 enclosed, enclosed, so to speak, to the front 106 of the polar body 104 and the front ends 108 the contact pins 102 to which the pyrotechnic phrase 340 itself adjoins. In the embodiments, according to the 1 and 2 the pyrotechnic set in the ignition charge 116 and according to the 4 to 8th the pyrotechnic phrase 340 of an oxidizer and an inorganic fuel, which by definition are in stoichiometric ratio. The inorganic fuel is selected from the group consisting of magnesium, aluminum, magnesium aluminum alloys, titanium, zirconium, titanium aluminum alloys, lithium hydride, magnesium hydride, lithium aluminum hydride, titanium hydride, tungsten, zirconium tungsten alloys, and mixtures thereof.

Das Oxidationsmittel ist vorzugsweise wenigstens ein Nitrat, Perchlorat und/oder wenigstens ein Chlorat eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls, sowie Ammoniumperchlorat, bevorzugt Kaliumperchlorat.The oxidizing agent is preferably at least one nitrate, perchlorate and / or at least one chlorate of an alkali metal or alkaline earth metal, and ammonium perchlorate, preferably potassium perchlorate.

Darüber hinaus enthält die Anzündladung 116 der Ausführungsformen gemäß den 1 und 2 den energieverzehrenden Zusatz, der in den pyrotechnischen Satz eingearbeitet und/oder getrennt davon vorliegen kann. In den Ausführungsformen gemäß der 4 bis 8 liegt zusätzlich zu dem pyrotechnischen Satz 340 der energieverzehrende Zusatz 342 immer räumlich getrennt davon vor.In addition, the ignition charge contains 116 the embodiments according to the 1 and 2 the energy-consuming additive which may be incorporated in the pyrotechnic composition and / or separately therefrom. In the embodiments according to the 4 to 8th lies in addition to the pyrotechnic phrase 340 the energy-consuming additive 342 always spatially separate from it.

Beispiel 1 example 1

Es wurden homogenisierte Gemische von Zirkonium (Zr) und Kaliumperchlorat mit den in der folgenden Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung hergestellt. Erfindungsgemäß ist in diesen Gemischen der pyrotechnische Satz das im Wesentlichen stöchiometrische Gemisch aus Zirkonium (Zr) und Kaliumperchlorat. Als energieverzehrender Zusatz wird erfindungsgemäß der Überschuss an entweder Zirkonium-Metall oder Kaliumperchlorat über die stöchiometrische Mischung angesehen. Zusätzlich enthielten die Anzündmischungen noch jeweils 4,5 Gew.-% Viton^®, ein von der Firma DuPont erhältliches Fluorelastomer, als Verarbeitungshilfsmittel, das im Sinne der Erfindung ebenfalls als energieverzehrender Zusatz angesehen wird.Homogenized mixtures of zirconium (Zr) and potassium perchlorate having the composition shown in Table 1 below were prepared. According to the invention, in these mixtures, the pyrotechnic composition is the substantially stoichiometric mixture of zirconium (Zr) and potassium perchlorate. As energy-consuming additive, the excess of either zirconium metal or potassium perchlorate over the stoichiometric mixture is considered according to the invention. In addition, the igniter mixtures contained in each case 4.5% by weight of ^Viton® , a fluoroelastomer obtainable from DuPont, as a processing aid, which in the context of the invention is likewise regarded as an energy-consuming additive.

Das eingesetzte Zirkonium hatte eine Korngröße von 4,5 μm, die Korngröße des Kaliumperchlorats betrug 20 μm.The zirconium used had a particle size of 4.5 microns, the grain size of potassium perchlorate was 20 microns.

Jeweils 30 mg der so hergestellten Gemische wurden in einen handelsüblichen Anzünder eingebracht und hinsichtlich der Verbrennungstemperatur und der freigesetzten Gasmenge untersucht. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Befüllung der verwendeten Anzünder wurden zusätzlich 30 mg eines inerten Materials aus CuO, KClO₄ und Viton^® in den Anzünder eingebracht. Durch die Zugabe des Inertmaterials wird eine kontrollierte Verdichtung und ausreichender Kontakt der Anzündmischung mit dem Brückendraht erreicht. Tabelle 1: Einfluss des Zr/KClO4-Anteils auf die Anzünderleistung Beispiel Zr-Anteil KClO4-Anteil [%] pmax bei –40°C pmax bei +90°C Verbrennungstemperatur Gasmenge [%] [%] [bar] [bar] [K] [%] 1-1 38,50 57,00 29,00 34,40 4540 48,0 1-2 45,20 50,30 33,40 37,00 5202 38,9 1-3 53,80 41,70 33,10 34,00 5710 36,6 1-4 62,60 32,90 26,00 31,00 5221 33,0 stöchiometrische Mischung mit Viton^® 54,24 41,26 n. g. n. g. 5671 38,4 stöchiometrische Mischung ohne Viton^® 56,80 43,20 n. g. n. g. 7111 30,1 n. g. = nicht getestet Tabelle 1 (Fortsetzung) Beispiel Pyrotechnischer Satz (Zr + KClO4) Überschuss KClO4 Überschuss Zr Viton Gesamtanteil energieverzehrender Zusatz [mg] [mg] [mg] [mg] [%] (additiv) 1-1 20,34 8,31 - 1,35 47,5*/195,0** 1-2 23,87 4,78 - 1,35 25,7*/151,4** 1-3 28,42 0,24 - 1,35 5,6*/111,1** 1-4 22,85 - 5,80 1,35 31,3*/162,6** stöchiometrische Mischung mit Viton^® 28,65 - - 1,35 4,7*/109,4** stöchiometrische Mischung ohne Viton^® 30,0 - - - 0*/100** * ohne Inertmaterial
** inkl. InertmaterialIn each case 30 mg of the mixtures thus prepared were introduced into a commercial lighter and investigated with regard to the combustion temperature and the amount of gas released. To ensure sufficient filling of the lighter used 30 mg of an inert material from CuO, KClO ₄ and Viton ^® were additionally introduced into the lighter. By adding the inert material, a controlled compaction and sufficient contact of the igniter mixture with the bridgewire is achieved. Table 1: Influence of Zr / KClO4 content on igniter performance example Zr content KClO4 content [%] pmax at -40 ° C pmax at + 90 ° C combustion temperature amount of gas [%] [%] [bar] [bar] [K] [%] 1-1 38.50 57,00 29,00 34.40 4540 48.0 1-2 45,20 50,30 33.40 37,00 5202 38.9 1-3 53,80 41.70 33.10 34,00 5710 36.6 1-4 62.60 32.90 26.00 31.00 5221 33.0 stoichiometric mixture with Viton ^® 54.24 41.26 ng ng 5671 38.4 stoichiometric mixture without Viton ^® 56.80 43,20 ng ng 7111 30.1 ng = not tested Table 1 (continued) example Pyrotechnic set (Zr + KClO4) Excess KClO4 Surplus Zr Viton Total share of energy-consuming additive [Mg] [Mg] [Mg] [Mg] [%] (additive) 1-1 20.34 8.31 - 1.35 47.5 * / ** 195.0 1-2 23.87 4.78 - 1.35 25.7 * / ** 151.4 1-3 28.42 0.24 - 1.35 5.6 * / ** 111.1 1-4 22.85 - 5.80 1.35 31.3 * / ** 162.6 stoichiometric mixture with Viton ^® 28.65 - - 1.35 4.7 * / ** 109.4 stoichiometric mixture without Viton ^® 30.0 - - - 0 * / 100 ** * without inert material
** incl. inert material

Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl ein Zirkoniumüberschuss (Beispiel 1-4) als auch ein Überschuss an Kaliumperchlorat (Beispiel 1-1) den jeweils erreichbaren Maximaldruck verringert. Beide Zusätze wirken somit energieverzehrend im Sinne der Erfindung. Auch die berechneten Verbrennungstemperaturen der Mischungen 1-1 und 1-4 liegen deutlich unterhalb der Verbrennungstemperatur der stöchiometrischen Mischungen.The results show that both a zirconium excess (Example 1-4) and an excess of potassium perchlorate (Example 1-1) reduce the maximum pressure that can be achieved in each case. Both additives thus act energy-consuming in the context of the invention. The calculated combustion temperatures of the mixtures 1-1 and 1-4 are well below the combustion temperature of the stoichiometric mixtures.

Beispiel 2Example 2

In weiteren Versuchen wurden getrennt voneinander fein gekörntes Kalziumkarbonat CaCO₃ als energieverzehrender Zusatz neben einer Standardzusammensetzung von Zirkonium und Kaliumperchlorat (ZPP) mit Anteilen von 55,8 Gewichtsteilen Zr, 39,7 Gewichtsteilen KClO₄ und 4,5 Gewichtsteilen Viton^® in einen handelsüblichen Anzünder eingebracht. Das CaCO₃ hatte eine mittlere Korngröße von 150 μm. In Beispiel 2-1 wurden 22 mg ZPP und in Beispiel 2-2 wurden 26 mg ZPP verwendet. Das ZPP befand sich in direktem Kontakt zum Brückendraht.In further experiments finely grained calcium carbonate CaCO _{3 was used} as an energy-absorbing additive in addition to a standard composition of zirconium and potassium perchlorate (ZPP) with proportions of 55.8 parts by weight Zr, 39.7 parts by weight KClO ₄ and 4.5 parts by weight Viton ^® in a commercial lighter brought in. The CaCO ₃ had an average particle size of 150 μm. Example 2-1 used 22 mg ZPP and Example 2-2 used 26 mg ZPP. The ZPP was in direct contact with the bridge wire.

In einer geschlossenen 3 cm³ Kanne wurden die so hergestellten Anzünder gezündet und der mittlere Druckanstieg zwischen 2 bar und dem maximalen Kannendruck pmax sowie der mittlere Druckabfall zwischen pmax und 7 ms bei einer Versuchstemperatur von –40°C bestimmt.In a closed 3 cm ³ pot the igniter so prepared were ignited and the average pressure increase of between 2 bar and the maximum pmax can pressure and the average pressure drop between pmax and 7 ms at a test temperature of -40 ° C determined.

Als Vergleichsbeispiele 2-3 und 2-4 wurde ein Anzünder mit der gleichen Menge an ZPP aber ohne Zusatz von Kalziumkarbonat aufgebaut und der mittlere Druckanstieg sowie der mittlere Druckabfall im Kannenversuch bestimmt.As Comparative Examples 2-3 and 2-4, a lighter with the same amount of ZPP but without the addition of calcium carbonate was constructed and determined the mean pressure rise and the mean pressure drop in the can test.

In der nachfolgenden Tabelle 2 sind die jeweils verwendeten Mengen von ZPP und CaCO₃ und die aus den erhaltenen Druckkurven berechneten Werte für den mittleren Druckanstieg und den mittleren Druckabfall angegeben. Die Druckkurven sind in 3 gezeigt. Tabelle 2: Druckwerte von ZPP-Mischungen mit und ohne Zusatz Beispiel ZPP [mg] CaCO₃ [mg] Zündverzug t-2 bar [ms] t-pmax [ms] 2-1 22 30 0,61 4,22 2-2 26 30 0,52 1,98 2-3 Vergleich 22 0 0,52 1,43 2-4 Vergleich 26 0 0,50 0,94 Tabelle 2: (Fortsetzung) Beispiel pmax [bar] p-7 ms [bar] mittlerer Druckanstieg [bar/ms] mittlerer Druckabfall [bar/ms] 2-1 8,7 8,2 1,856 –0,180 2-2 15,8 12,9 9,452 –0,578 2-3 Vergleich 14,2 8,9 13,407 –0,952 2-4 Vergleich 19,0 10,5 38,636 –1,403 Table 2 below shows the amounts of ZPP and CaCO ₃ used in each case and the values for the mean pressure rise and mean pressure drop calculated from the pressure curves obtained. The pressure curves are in 3 shown. Table 2: Pressure values of ZPP mixtures with and without additive example ZPP [mg] CaCO ₃ [mg] Ignition delay t-2 bar [ms] t-pmax [ms] 2-1 22 30 0.61 4.22 2-2 26 30 0.52 1.98 2-3 comparison 22 0 0.52 1.43 2-4 comparison 26 0 0.50 0.94 Table 2: (continued) example pmax [bar] p-7 ms [bar] mean pressure increase [bar / ms] average pressure drop [bar / ms] 2-1 8.7 8.2 1,856 -0.180 2-2 15.8 12.9 9.452 -0.578 2-3 comparison 14.2 8.9 13.407 -0.952 2-4 comparison 19.0 10.5 38.636 -1.403

Die Versuche zeigen, dass durch die Anwesenheit eines energieverzehrenden Zusatzes wie CaCO₃ sowohl die maximale Druckerzeugung als auch der mittlere Druckanstiegsgradient (von 2 bar bis pmax) gezielt reduziert werden können. Überraschenderweise kann der mittlere Druckabfall (von pmax bis zum Druck nach 7 ms) ebenfalls gezielt verringert werden.The experiments show that the presence of an energy-consuming additive such as CaCO ₃ can purposefully reduce both the maximum pressure generation and the mean pressure increase gradient (from 2 bar to pmax). Surprisingly, the mean pressure drop (from pmax to the pressure after 7 ms) can also be deliberately reduced.

Beide Einflüsse, das heißt der niedrigere Spitzendruck pmax zusammen mit dem flacheren Druckanstieg und der geringere Druckabfall, sind für bestimmte Anwendungen vorteilhaft und erwünscht, bei denen der Anzünder zur Betätigung mechanischer Bauteile wie beispielsweise einer Fangbandaktivierungseinheit eingesetzt wird. Zum einen werden durch niedrigere Drücke die Bauteilbelastungen reduziert, zum anderen können mechanische Kräfte über einen längeren Zeitraum und gleichmäßiger aufgebracht werden.Both influences, that is the lower peak pressure pmax together with the shallower pressure rise and the lower pressure drop, are advantageous and desirable for certain applications in which the lighter is used to actuate mechanical components such as a tether activation unit. On the one hand, lower pressures reduce component loads and, on the other, mechanical forces can be applied over a longer period of time and more evenly.

Die Versuche zeigen außerdem, dass die Zündverzugszeiten (t-2 bar Zeit) bei Zusatz von energieverzehrenden Zusätzen überraschenderweise nicht negativ beeinflusst werden. Im Gegenteil wurde beobachtet, dass bei den Anzündern die ausschließlich mit einer geringen Menge an ZPP beladen waren, unerwünscht starke Zündverzögerungen auftraten. Dies kann darauf zurückgeführt werden, dass durch die insgesamt sehr niedrige Beladung von 22 bzw. 26 mg und aufgrund des erhöhten Leervolumens innerhalb der Anzünderkappe ein weniger inniger Kontakt der Pyrotechnik mit dem Zünddraht erfolgt.The experiments also show that the ignition delay times (t-2 bar time) are surprisingly not adversely affected by the addition of energy-consuming additives. On the contrary, it was observed that the igniters which were loaded with only a small amount of ZPP, undesirably strong ignition delays occurred. This can be attributed to the fact that due to the overall very low loading of 22 or 26 mg and due to the increased void volume within the lighter cap, a less intimate contact of the pyrotechnics takes place with the ignition wire.

Beispiel 3Example 3

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wurde eine ZPP-Standardmischung aus 55,8 Gewichtsteilen Zr, 39,7 Gewichtsteilen KClO4 und 4,5 Gewichtsteilen Viton^® mit verschiedenen energieverzehrenden Zusätzen vermischt und die Verbrennungstemperatur der Mischung sowie die freigesetzte Gasmenge bestimmt.According to a further embodiment, a CPP-standard mixture of 55.8 parts by weight of Zr, 39.7 parts by weight KClO4, and 4.5 parts by weight of Viton ^® was mixed with various energy-absorbing additives and determines the combustion temperature of the mixture as well as the amount of gas released.

Die jeweiligen Zusammensetzungen und die berechneten Werte für die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer bzw. die Gasmenge am Gasauslass sind in der nachfolgenden Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3 Zusatz (additiv) [%] Verbrennungstemperatur [K] Gasmenge [%] ZPP-Standard 5335 39.7 SiO2, 10% 5071 31.5 SiO2, 15% 4465 34.5 Al(OH)3, 10% 4815 30.1 Al(OH)3, 20% 4299 27.4 Na-Oxalat, 10% 5303 33.6 Na-Oxalat, 20% 4604 37.2 Fe-Acetylacetonat, 20% 3805 40.9 NH4Cl/KNO3 (1:1 mol), 20% 4861 37.2 NH4Cl/KNO3 (1:1 mol), 40% 4111 46.2 Melamin, 10% 4687 35.1 Melamin, 25% 3375 44.8 The respective compositions and the calculated values for the combustion temperature in the combustion chamber and the gas quantity at the gas outlet are given in Table 3 below. Table 3 Additive (additive) [%] Combustion temperature [K] Amount of gas [%] CPP-Standard 5335 39.7 SiO2, 10% 5071 31.5 SiO2, 15% 4465 34.5 Al (OH) 3, 10% 4815 30.1 Al (OH) 3, 20% 4299 27.4 Na-oxalate, 10% 5303 33.6 Na-oxalate, 20% 4604 37.2 Fe acetylacetonate, 20% 3805 40.9 NH4Cl / KNO3 (1: 1 mol), 20% 4861 37.2 NH4Cl / KNO3 (1: 1 mol), 40% 4111 46.2 Melamine, 10% 4687 35.1 Melamine, 25% 3375 44.8

Claims

A pyrotechnic igniter for use in safety devices, in particular for vehicles, having a detonating bridge and a pyrotechnic set associated with a detonating bridge which is stoichiometric in fuel and oxidant, the fuel being selected from magnesium, aluminum, magnesium aluminum alloys, titanium, zirconium , Titanium aluminum alloys, lithium hydride, magnesium hydride, lithium aluminum hydride, titanium hydride, tungsten, zirconium tungsten alloys and mixtures thereof, characterized in that the pyrotechnic composition is present in the igniter in an amount of at most 100 mg and in addition to the pyrotechnic composition at least an energy-consuming additive is provided in the lighter, wherein the mass ratio of the energy-consuming additive to the pyrotechnic charge is at least 0.1.

Lighter according to claim 1, characterized in that the pyrotechnic composition is present in an amount of at most 80 mg, in particular from 20 to 50 mg.

Lighter according to claim 1 or 2, characterized in that the mass ratio of the energy-consuming additive to the pyrotechnic composition is at least 0.2, more preferably 0.2 to 1.5.

Lighter according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the energy-consuming additive is an inorganic substance or an inorganic substance mixture.

Lighter according to claim 4, characterized in that the inorganic substance from the group of metals, metal hydrides, metal oxides, metal hydroxides, metal carbonates, metal nitrates, metal chlorides, metal chlorates, metal perchlorates, metal sulfates, metal phosphates and non-metal oxides, non-metal hydroxides, non-metal carbonates, non-metal nitrates, non-metal chlorides, non-metal chlorates, Non-metal perchlorates, non-metal sulfates, non-metal phosphates and mixtures thereof is selected.

Lighter according to claim 4, characterized in that the inorganic substance from the group zirconium metal, tungsten metal, zirconium hydride, titanium hydride, SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , glass, ceramics, Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄ , CuO, basic copper nitrate, NaCl, KCl, NH ₄ Cl, MgCO ₃ , CaCO ₃ , Mg (OH) ₂ , Marble, Dolomite, Al (OH) ₃ , NH ₄ NO ₃ , NaNO ₃ , KNO ₃ , Sr (NO ₃ ) ₂ , NH ₄ ClO ₄ , KClO ₄ and mixtures thereof is selected.

Lighter according to at least one of the preceding claims, characterized in that the energy-absorbing additive comprises a corresponding salt pair, in particular ammonium chloride and at least one of sodium nitrate, potassium nitrate and strontium nitrate.

Lighter according to at least one of the preceding claims, characterized in that the energy-absorbing additive comprises one or more organic compounds.

Lighter according to claim 8, characterized in that the organic additive selected from the group of carboxylic acids, carboxylic acid amides, carboxylic acid esters, carbonitriles, ketones, amines, ethers, hydroxamic acids, peroxides, azo and hydrazo compounds, heterocyclic compounds, polymers and their salts and mixtures thereof is.

Lighter according to claim 8, characterized in that the organic additive is selected from the group consisting of oxalic acid, fumaric acid, cyanuric acid and its salts, guanidine, melamine, urea and their compounds.

Lighter according to at least one of claims 8 to 10, characterized in that the organic additive comprises a polymer selected from the group of fluoroplastics, chloroplastics, polyesters, polyethers, polyurethanes, cellulose derivatives, polyvinyl acetate and elastomers.

Lighter according to at least one of the preceding claims, characterized in that the energy-absorbing additive is at least partially mixed with the pyrotechnic composition.

Lighter according to at least one of the preceding claims, characterized in that the energy-consuming additive is completely mixed with the pyrotechnic composition.

Lighter according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that the energy-absorbing additive separately, in particular immediately adjacent, is present from the pyrotechnic composition, and / or, characterized in that the pyrotechnic composition has the shape of a spherical cap and / or a cylinder In particular, the energy-consuming additive encloses the pyrotechnic composition outside the end face of the polar body.

The lighter according to at least one of the preceding claims, characterized in that the energy-dissipating additive comprises a portion of the fuel present in excess, based on the stoichiometric composition of fuel and oxidant.

Lighter according to at least one of claims 1 to 15, characterized in that the energy-absorbing additive comprises an excess amount of the oxidizing agent, based on the stoichiometric composition of fuel and oxidant.

Lighter according to at least one of the preceding claims, characterized in that the fuel consists of Zr and / or titanium hydride and the oxidizing agent is potassium perchlorate.

Lighter according to at least one of the preceding claims, characterized in that the energy-consuming additive is in the form of granules or powder.

Use of the pyrotechnic lighter according to one of the preceding claims in a safety device, in particular for vehicles, wherein the safety device comprises a belt tensioner, an engine hood, an engine hood release, an active headrest, an active roll bar, a Sitzleiegelungsvorrichtung, an air bag ventilation device, a tether divider, a cable separator and / or a battery separator is.