DE102019121477A1 - GAS GENERATOR AND USE OF A FLEXIBLE SUPPORT AS EARLY IGNITION DEVICE IN A GAS GENERATOR - Google Patents
GAS GENERATOR AND USE OF A FLEXIBLE SUPPORT AS EARLY IGNITION DEVICE IN A GAS GENERATOR Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator für eine Sicherheitseinrichtung in einem Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse (12) und einer innerhalb des Gehäuses (12) befindlichen Brennkammer (16), wobei in der Brennkammer (16) ein pyrotechnischer Treibstoff (18) und zumindest eine Frühzündeinrichtung (20) aufgenommen ist, und wobei die Frühzündeinrichtung (20) einen flexiblen Träger (22) und zumindest ein an den Träger (22) gebundenes Frühzündmittel umfasst.Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines flexiblen Trägers (22) als Frühzündeinrichtung (20) in einem Gasgenerator (10).The invention relates to a gas generator for a safety device in a motor vehicle, with a housing (12) and a combustion chamber (16) located inside the housing (12), a pyrotechnic fuel (18) and at least one pre-ignition device (16) in the combustion chamber (16). 20) is received, and wherein the pre-ignition device (20) comprises a flexible carrier (22) and at least one pre-ignition means bound to the carrier (22). Furthermore, the invention relates to the use of a flexible carrier (22) as pre-ignition device (20) in one Gas generator (10).
Description
Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator für eine Sicherheitseinrichtung in einem Fahrzeug sowie die Verwendung eines flexiblen Trägers als Frühzündeinrichtung in einem Gasgenerator.The invention relates to a gas generator for a safety device in a vehicle and the use of a flexible carrier as an early ignition device in a gas generator.
Gasgeneratoren liefern beispielsweise Gas zum Füllen eines Gassacks oder für den Antrieb eines Gurtstraffers. Der Gasgenerator enthält dafür in einer Brennkammer einen gaserzeugenden pyrotechnischen Treibstoff, der bei Bedarf aktiviert werden kann und sich unter Bildung von gasförmigen Produkten sehr schnell zersetzt beziehungsweise abbrennt.Gas generators supply gas, for example, to fill a gas bag or to drive a seat belt tensioner. For this purpose, the gas generator contains a gas-generating pyrotechnic propellant in a combustion chamber, which can be activated if necessary and which decomposes or burns very quickly with the formation of gaseous products.
Das Abbrandverhalten des Treibstoffs im Bonfire-Fall kann durch Verwendung eines Frühzündmittels kontrolliert und begünstigt werden. Unter dem Begriff Bonfire-Fall ist eine Prüf- beziehungsweise Testbedingung für einen Gasgenerator zu verstehen, bei welcher ein nicht bestimmungsgemäßes beziehungsweise thermisches Auslösen des Gasgenerators abgebildet werden soll, wie es beispielsweise bei einem Brand eines Fahrzeugs der Fall sein kann, in welches der Gasgenerator eingebaut ist.The burning behavior of the fuel in the Bonfire case can be controlled and promoted by using an early ignition agent. The term bonfire case is to be understood as a test condition for a gas generator in which an improper or thermal triggering of the gas generator is to be mapped, as can be the case, for example, in the event of a fire in a vehicle in which the gas generator is installed is.
Frühzündmittel sind exotherm reagierende pyrotechnische Zusammensetzungen, deren Selbstzündtemperatur unterhalb von etwa 200°C liegt und damit wesentlich niedriger als die Selbstzündtemperatur des pyrotechnischen Treibstoffs ist. Das Frühzündmittel bewirkt, dass die Umsetzung des Treibstoffs unterhalb einer kritischen Umgebungstemperatur thermisch ausgelöst wird, sodass eine rechtzeitige und kontrollierte Reaktion zur Gaserzeugung stattfinden kann.Pre-ignition means are exothermic reacting pyrotechnic compositions, the self-ignition temperature of which is below about 200 ° C. and is thus significantly lower than the self-ignition temperature of the pyrotechnic fuel. The pre-ignition means that the conversion of the fuel is thermally triggered below a critical ambient temperature, so that a timely and controlled reaction to generate gas can take place.
Das Frühzündmittel wird üblicherweise in Form von Pulver, Tabletten oder Presslingen zusammen mit dem Treibstoff direkt in eine Brennkammer des Gasgenerators eingefüllt. Das Frühzündmittel ist daher nicht fixiert, wodurch es zu einer ungleichmäßigen Verteilung innerhalb der Brennkammer und somit zu einem ungleichmäßigen Abbrand bei Auslösen des Gasgenerators kommen kann. Zudem ist die Lagerstabilität des Frühzündmittels oft nicht optimal.The pre-ignition agent is usually filled in the form of powder, tablets or pellets together with the fuel directly into a combustion chamber of the gas generator. The pre-ignition agent is therefore not fixed, which can lead to an uneven distribution within the combustion chamber and thus to an uneven burn-off when the gas generator is triggered. In addition, the storage stability of the pre-ignition agent is often not optimal.
Aus der
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine zuverlässige und flexibel einsetzbare Frühzündeinrichtung für den Einsatz in Gasgeneratoren zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is to provide a reliable and flexible pre-ignition device for use in gas generators.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Gasgenerator für eine Sicherheitseinrichtung in einem Fahrzeug, mit einem Gehäuse und einer innerhalb des Gehäuses befindlichen Brennkammer, wobei in der Brennkammer ein pyrotechnischer Treibstoff und zumindest eine Frühzündeinrichtung aufgenommen ist, und wobei die Frühzündeinrichtung einen flexiblen Träger und zumindest ein an den Träger gebundenes Frühzündmittel umfasst.The object is achieved according to the invention by a gas generator for a safety device in a vehicle, with a housing and a combustion chamber located within the housing, a pyrotechnic fuel and at least one pre-ignition device being accommodated in the combustion chamber, and the pre-ignition device having a flexible support and at least one comprises pre-ignition agent bound to the carrier.
Der flexible Träger sorgt dafür, dass die Frühzündeinrichtung in einer Vielzahl von Formen und Geometrien bereitgestellt und innerhalb der Brennkammer angeordnet werden kann. Dadurch ist eine bessere Kontrolle des Abbrandverhaltens möglich, da der flexible Träger auf einfache Weise auf den jeweils verwendeten Typ des Gasgenerators angepasst werden kann.The flexible support ensures that the pre-ignition device can be provided in a large number of shapes and geometries and can be arranged within the combustion chamber. This enables better control of the burning behavior, since the flexible carrier can be easily adapted to the type of gas generator used in each case.
In einer Ausführungsform ist der Träger aus einem Kunststoff gebildet, und das zumindest eine Frühzündmittel ist im Kunststoff des Trägers eingebettet.In one embodiment, the carrier is formed from a plastic, and the at least one pre-ignition means is embedded in the plastic of the carrier.
Als Kunststoff kann bevorzugt ein Elastomer oder ein Thermoplast verwendet werden, insbesondere Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS) und/oder eine Kombination davon.An elastomer or a thermoplastic can preferably be used as the plastic, in particular polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polystyrene (PS) and / or a combination thereof.
Allgemein sind alle Kunststoffe als Träger geeignet, in denen das jeweilige Frühzündmittel eine ausreichende Dispergierbarkeit aufweist. Zudem sollte der Kunststoff in ausreichendem Maße bei erhöhten Temperaturen unter Bonfirebedingungen schmelzen.In general, all plastics are suitable as carriers in which the respective early ignition agent has sufficient dispersibility. In addition, the plastic should melt to a sufficient extent at elevated temperatures under bonfire conditions.
Kunststoffe sind einfach zu verarbeiten und in verschiedenen Geometrien herzustellen und eignen sich besonders gut dazu, das Frühzündmittel aufzunehmen und gleichzeitig einen flexiblen Träger zu bilden. Zudem kann über die Menge an eingesetztem Kunststoff die resultierende Dicke des Trägers auf einfache Weise kontrolliert werden.Plastics are easy to process and can be produced in various geometries and are particularly well suited to absorbing the pre-ignition agent and at the same time forming a flexible carrier. In addition, the resulting thickness of the carrier can be controlled in a simple manner via the amount of plastic used.
Zusätzlich kann der Kunststoff bei Auslösen der Frühzündeinrichtung als weiterer Brennstoff dienen. Somit ist ein vollständiger Abbrand des Trägermaterials sichergestellt. Bei ausreichender Sauerstoffbilanz zersetzt sich der Kunststoff lediglich in gasförmige Produkte, sodass keine festen Bestandteile zurückbleiben, die beispielsweise mittels Sieben zurückgehalten werden müssten.In addition, the plastic can serve as additional fuel when the pre-ignition device is triggered. This ensures that the carrier material is completely burned off. If the oxygen balance is sufficient, the plastic only breaks down into gaseous products, so that no solid components remain that would have to be retained by means of sieving, for example.
Der Kunststoff kann somit sowohl als Matrix und Binder für das Frühzündmittel als auch als Brennstoff dienen.The plastic can thus serve both as a matrix and binder for the pre-ignition agent and as a fuel.
Der Kunststoff liegt in einem Anteil von 5 bis 95 Gewichtsprozent vor, bezogen auf das Gesamtgewicht der Frühzündeinrichtung, weiter bevorzugt in einem Anteil von 10 bis 70 Gewichtsprozent oder 10 bis 50 Gewichtsprozent.The plastic is present in a proportion of 5 to 95 percent by weight, based on the total weight of the pre-ignition device, more preferably in a proportion of 10 to 70 percent by weight or 10 to 50 percent by weight.
Das Frühzündmittel ist bevorzugt im Kunststoff des Trägers eingebettet, liegt also verteilt innerhalb einer Kunststoffmatrix vor. Das Frühzündmittel kann dabei sowohl gleichmäßig als auch ungleichmäßig innerhalb der Kunststoffmatrix verteilt sein.The pre-ignition agent is preferably embedded in the plastic of the carrier, that is to say it is distributed within a plastic matrix. The pre-ignition agent can be distributed both uniformly and non-uniformly within the plastic matrix.
Die Lagerstabilität des Frühzündmittels wird durch das Einbetten im Kunststoff erhöht, wodurch Alterungseffekte vermindert werden und die Zuverlässigkeit des Gasgenerators erhöht wird.The storage stability of the pre-ignition agent is increased by embedding it in the plastic, as a result of which aging effects are reduced and the reliability of the gas generator is increased.
Eine erfindungsgemäße Frühzündeinrichtung weist eine hohe intrinsische Energiedichte und einen hohen Anteil an gebundenem Sauerstoff auf. Dadurch ist der Abbrand der Frühzündeinrichtung weniger von Druckschwankungen abhängig, sodass ein ordnungsgemäßer Abbrand auch bei einem starken Druckabfall gewährleistet bleibt.An early ignition device according to the invention has a high intrinsic energy density and a high proportion of bound oxygen. As a result, the burn-up of the pre-ignition device is less dependent on pressure fluctuations, so that proper burn-up is guaranteed even in the event of a strong pressure drop.
Das Frühzündmittel ist eine pyrotechnische Zusammensetzung mit einer niedrigen Selbstzündtemperatur von vorzugsweise höchstens 200°C, die zur Aktivierung des Treibstoffs im erfindungsgemäßen Gasgenerator bei erhöhter Außentemperatur dient.The pre-ignition means is a pyrotechnic composition with a low self-ignition temperature of preferably not more than 200 ° C., which is used to activate the fuel in the gas generator according to the invention when the outside temperature is elevated.
Das zumindest eine Frühzündmittel kann einen Brennstoff und optional ein Oxidationsmittel umfassen. Oxidationsmittel werden insbesondere dann zugesetzt, wenn der Brennstoff alleine keine ausgeglichene Sauerstoffbilanz aufweist.The at least one pre-ignition agent can comprise a fuel and optionally an oxidizing agent. Oxidizing agents are added in particular when the fuel alone does not have a balanced oxygen balance.
Der Brennstoff kann ein Material sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Bor, Aluminium, Silicium, Magnesium, Eisen, Titan, Wolfram, Kupfer, Kohlenstoff, Zirkonium, Legierungen der zuvor genannten Elemente, Nitrotriazolon, Nitrocellulose, Guanidiniumverbindungen, insbesondere Guanidiniumnitrat, und/oder Kombinationen der vorgenannten Brennstoffe.The fuel can be a material selected from the group consisting of boron, aluminum, silicon, magnesium, iron, titanium, tungsten, copper, carbon, zirconium, alloys of the aforementioned elements, nitrotriazolone, nitrocellulose, guanidinium compounds, in particular guanidinium nitrate, and / or combinations of the aforementioned fuels.
Der Brennstoff liegt in einem Anteil von 5 bis 95 Gewichtsprozent vor, bezogen auf das Gesamtgewicht der Frühzündeinrichtung, weiter bevorzugt in einem Anteil von 10 bis 90 Gewichtsprozent oder 20 bis 80 Gewichtsprozent.The fuel is present in a proportion of 5 to 95 percent by weight, based on the total weight of the pre-ignition device, more preferably in a proportion of 10 to 90 percent by weight or 20 to 80 percent by weight.
Das Oxidationsmittel kann ein Material sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nitraten, Oxiden und/oder Mischoxiden der Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und Übergangsmetalle, insbesondere Kaliumnitrat, Bariumnitrat, Strontiumnitrat, Natriumnitrat, Lithiumnitrat, Eisenoxid und Kupferoxid, Übergangsmetallnitrathydroxiden, Chloraten und Perchloraten, insbesondere Kaliumperchlorat, Kaliumchlorat, Natriumperchlorat und Ammoniumperchlorat, sowie Ammoniumnitrat, Sulfaten, Phosphaten, Oxalaten, Wasser und/oder Kombinationen davon.The oxidizing agent can be a material selected from the group consisting of nitrates, oxides and / or mixed oxides of the alkali metals, alkaline earth metals and transition metals, in particular potassium nitrate, barium nitrate, strontium nitrate, sodium nitrate, lithium nitrate, iron oxide and copper oxide, transition metal nitrate hydroxides, chlorates and perchlorates in particular potassium perchlorate, potassium chlorate, sodium perchlorate and ammonium perchlorate, as well as ammonium nitrate, sulfates, phosphates, oxalates, water and / or combinations thereof.
Das Oxidationsmittel liegt, wenn vorhanden, in einem Anteil von 10 bis 90 Gewichtsprozent vor bezogen auf das Gesamtgewicht der Frühzündeinrichtung.The oxidizing agent, if present, is present in a proportion of 10 to 90 percent by weight based on the total weight of the pre-ignition device.
Die Wahl des Frühzündmittels richtet sich vor allem nach der gewünschten Zündtemperatur und dem verwendeten Treibstoff des Gasgenerators. So muss das Frühzündmittel in der Lage sein, ausreichend hohe Temperaturen zum Zünden des Treibstoffs zu erzeugen.The choice of the pre-ignition means depends primarily on the desired ignition temperature and the fuel used for the gas generator. The pre-ignition agent must be able to generate sufficiently high temperatures to ignite the fuel.
Das Abbrandverhalten sowie die Eigenschaften der Frühzündeinrichtung können zusätzlich über Additive eingestellt werden, beispielsweise Weichmacher, Stabilisatoren, Trennmittel, Farbstoffe, Pigmente und/oder Füllstoffe.The burn-off behavior and the properties of the pre-ignition device can also be adjusted using additives, for example plasticizers, stabilizers, release agents, dyes, pigments and / or fillers.
Zusätzlich zum Frühzündmittel kann die Frühzündeinrichtung eine weitere pyrotechnische Zusammensetzung enthalten, die an den Träger gebunden ist. Für die weitere pyrotechnische Zusammensetzung können die gleichen Komponenten wie für das zumindest eine Frühzündmittel eingesetzt werden und die obigen Erläuterungen gelten analog für die pyrotechnische Zusammensetzung.In addition to the pre-ignition device, the pre-ignition device can contain a further pyrotechnic composition which is bound to the carrier. The same components can be used for the further pyrotechnic composition as for the at least one pre-ignition device and the above explanations apply analogously to the pyrotechnic composition.
Bevorzugt wird die Zusammensetzung der weiteren pyrotechnischen Zusammensetzung jedoch so gewählt, dass diese eine höhere Zündtemperatur als das Frühzündmittel aufweist, insbesondere eine Zündtemperatur von mehr als 200°C. Die weitere pyrotechnische Zusammensetzung dient dann als Sekundärladung bzw. Verstärkerladung für das Frühzündmittel.However, the composition of the further pyrotechnic composition is preferably selected such that it has a higher ignition temperature than the pre-ignition means, in particular an ignition temperature of more than 200 ° C. The further pyrotechnic composition then serves as a secondary charge or booster charge for the early ignition means.
Gleichzeitig wird die Zusammensetzung der weiteren pyrotechnischen Zusammensetzung so gewählt, dass diese durch das Frühzündmittel aktiviert werden kann.At the same time, the composition of the further pyrotechnic composition is selected so that it can be activated by the early ignition means.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei der pyrotechnischen Zusammensetzung um ein Thermit. Unter dem Begriff Thermit wird eine pyrotechnische Zusammensetzung aus einem Metallpulver und einem Metalloxid verstanden. Das Metallpulver ist vorzugsweise aus der aus AI, Mg, Bi, Ti, Zr, Hf und Si oder deren Mischungen bestehenden Gruppe ausgewählt. Als Metalloxid wird vorzugsweise ein Oxid von Si, Fe, Mn, V, Mo, Cu, Zn, Cr, Ti, allein oder in Kombination miteinander, verwendet. Ein bevorzugtes Thermit ist eine Mischung aus Aluminiumpulver und Eisenoxid oder Aluminiumpulver und CuO.The pyrotechnic composition is particularly preferably a thermite. The term thermite is understood to mean a pyrotechnic composition composed of a metal powder and a metal oxide. The metal powder is preferably selected from the group consisting of Al, Mg, Bi, Ti, Zr, Hf and Si or mixtures thereof. As the metal oxide, an oxide of Si, Fe, Mn, V, Mo, Cu, Zn, Cr, Ti, alone or in Combination with each other. A preferred thermite is a mixture of aluminum powder and iron oxide or aluminum powder and CuO.
Thermite können für einen zum vollständigen Abbrand des Treibstoffs ausreichenden Zeitraum die für die Aktivierung des Treibstoffs notwendige Wärme bzw. Energie bereitstellen.Thermites can provide the heat or energy necessary for the activation of the fuel for a period of time sufficient to completely burn off the fuel.
Die weitere pyrotechnische Zusammensetzung liegt, wenn vorhanden, in einem Anteil von 5 bis 95 Gewichtsprozent vor, bezogen auf das Gesamtgewicht der Frühzündeinrichtung, weiter bevorzugt in einem Anteil von 10 bis 70 Gewichtsprozent oder 10 bis 50 Gewichtsprozent. Die oben genannten Anteile an Brennstoff und Oxidationsmittel beziehen sich im Falle der Verwendung einer weiteren pyrotechnischen Zusammensetzung auf die Summe der Anteile im Frühzündmittel und in der weiteren pyrotechnischen Zusammensetzung.The further pyrotechnic composition, if present, is present in a proportion of 5 to 95 percent by weight, based on the total weight of the pre-ignition device, more preferably in a proportion of 10 to 70 percent by weight or 10 to 50 percent by weight. In the case of using a further pyrotechnic composition, the abovementioned proportions of fuel and oxidizing agent relate to the sum of the proportions in the early ignition device and in the further pyrotechnic composition.
Der Träger kann mehrere miteinander verbundene Schichten aufweisen, wobei in zumindest einer ersten Schicht ein Frühzündmittel und in zumindest einer zweiten Schicht ein weiteres Frühzündmittel und/oder die weitere pyrotechnische Zusammensetzung enthalten ist.The carrier can have several interconnected layers, with an early ignition agent and / or the further pyrotechnic composition being contained in at least one first layer and a further early ignition agent and / or the further pyrotechnic composition in at least one second layer.
Das zumindest in einer ersten Schicht des Trägers enthaltene Frühzündmittel und das zumindest in der zweiten Schicht enthaltene weitere Frühzündmittel und/oder die weitere pyrotechnische Zusammensetzung weisen vorzugsweise unterschiedlich hohe Zündtemperaturen auf. Auf diese Weise lässt sich das Abbrandverhalten der Frühzündeinrichtung weiter beeinflussen und auf den Gasgenerator abstimmen. Beispielsweise kann zum Anzünden des Treibstoffs eine weitere pyrotechnische Zusammensetzung verwendet werden, die selbst keine ausreichend niedrige Zersetzungstemperatur aufweist, jedoch durch ein bei einer ausreichend niedrigen Zersetzungstemperatur auslösendes Frühzündmittel aktiviert werden kann.The pre-ignition agent contained at least in a first layer of the carrier and the further pre-ignition agent contained at least in the second layer and / or the further pyrotechnic composition preferably have different ignition temperatures. In this way, the combustion behavior of the pre-ignition device can be further influenced and adjusted to the gas generator. For example, a further pyrotechnic composition can be used to ignite the fuel which itself does not have a sufficiently low decomposition temperature, but can be activated by an early ignition means which is triggered at a sufficiently low decomposition temperature.
Die zumindest zwei Schichten des Trägers können auch unterschiedliche Kunststoffe aufweisen. Dies ermöglicht die Auswahl eines geeigneten Kunststoffs in Abhängigkeit des jeweils eingesetzten Frühzündmittels und/oder der weiteren pyrotechnischen Zusammensetzung. Damit wird eine weitere Möglichkeit bereitgestellt, das Abbrandverhalten der Frühzündeinrichtung in idealer Weise auf den jeweiligen Gasgenerator abzustimmen.The at least two layers of the carrier can also have different plastics. This enables a suitable plastic to be selected depending on the pre-ignition agent used and / or the further pyrotechnic composition. This provides a further possibility of ideally matching the burn-up behavior of the pre-ignition device to the respective gas generator.
Der Träger kann bandförmig ausgeführt sein, sodass die zumindest zwei Schichten flächig übereinander angeordnet sind.The carrier can be designed in the form of a band, so that the at least two layers are arranged flat one above the other.
Der Träger kann auch in Form einer Schnur bzw. eines Dochts ausgeführt sein, sodass eine erste Schicht des Trägers zumindest abschnittsweise von zumindest einer zweiten Schicht umschlossen ist. Generell könnte auch ein bandförmiger Träger in Form einer Schnur oder eines Dochts gedreht sein.The carrier can also be designed in the form of a cord or a wick, so that a first layer of the carrier is at least partially enclosed by at least one second layer. In general, a band-shaped carrier in the form of a cord or a wick could also be twisted.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Träger eine Mehrschichtstruktur mit einer Innenschicht und einer ersten sowie einer zweiten Außenschicht auf, die auf entgegengesetzten Oberflächen der Innenschicht angeordnet sind. Die erste Außenschicht und die zweite Außenschicht enthalten jeweils ein Frühzündmittel, das eine niedrigere Selbstzündtemperatur aufweist als ein Frühzündmittel und/oder eine weitere pyrotechnische Zusammensetzung in der Innenschicht.In a preferred embodiment, the carrier has a multilayer structure with an inner layer and a first and a second outer layer, which are arranged on opposite surfaces of the inner layer. The first outer layer and the second outer layer each contain an early ignition agent which has a lower autoignition temperature than an early ignition agent and / or a further pyrotechnic composition in the inner layer.
Durch eine solche Anordnung kann ein schwerer aktivierbares Frühzündmittel bzw. eine schwerer aktivierbare weitere pyrotechnische Zusammensetzung in der Innenschicht verwendet werden, das bzw. die bei einer erhöhten Umgebungstemperatur durch ein Frühzündmittel mit niedriger Selbstzündtemperatur in den die Innenschicht umgebenden Außenschichten zuverlässig gezündet werden kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn zum Aktivieren des Treibstoffs ein höherer Energieeintrag notwendig ist, der lediglich über ein schwerer entzündliches Frühzündmittel bzw. eine schwerer entzündliche weitere pyrotechnische Zusammensetzung erzielt werden kann.Such an arrangement makes it possible to use a more difficult to activate early ignition agent or a more difficult to activate further pyrotechnic composition in the inner layer, which can be reliably ignited at an elevated ambient temperature by an early ignition agent with a low autoignition temperature in the outer layers surrounding the inner layer. This is particularly advantageous if a higher energy input is necessary to activate the fuel, which energy input can only be achieved using a more difficult to ignite early ignition agent or a more difficult to ignite further pyrotechnic composition.
So kann die Innenschicht Thermit als weitere pyrotechnische Zusammensetzung und die erste und die zweite Außenschicht Nitrotriazolon (3-Nitro-1,2,4-triazol-5-on, NTO) als Frühzündmittel aufweisen. Das Nitrotriazolon kann im Vergleich zu Thermit bei geringeren Temperaturen aktiviert werden. Die bei der Zersetzungsreaktion des Nitrotriazolons entstehende Wärme bzw. Energie dient somit zum Aktivieren des Thermits, welches seinerseits den Abbrand des Treibstoffs im Gasgenerator aktiviert.Thus, the inner layer thermite can have as a further pyrotechnic composition and the first and the second outer layer nitrotriazolone (3-nitro-1,2,4-triazol-5-one, NTO) as an early ignition agent. Compared to thermite, the nitrotriazolone can be activated at lower temperatures. The heat or energy generated during the decomposition reaction of the nitrotriazolone is used to activate the thermite, which in turn activates the burning of the fuel in the gas generator.
Die erste und die zweite Außenschicht können wiederum mehrere Schichten aufweisen, die ebenfalls unterschiedliche Frühzündmittel und/oder weitere pyrotechnische Zusammensetzungen enthalten können. Somit kann der Träger eine Schichtstruktur aufweisen, die ein maßgeschneidertes Abbrandverhalten ermöglicht. Bevorzugt nimmt die Zündtemperatur des Frühzündmittels bzw. der weiteren pyrotechnischen Zusammensetzung von den äußersten Schichten der ersten und der zweiten Außenschicht zur Innenschicht hin ab.The first and the second outer layer can in turn have several layers, which can also contain different pre-ignition means and / or further pyrotechnic compositions. The carrier can thus have a layer structure which enables a tailor-made burn-off behavior. The ignition temperature of the pre-ignition agent or of the further pyrotechnic composition preferably decreases from the outermost layers of the first and second outer layers to the inner layer.
Die erste und die zweite Außenschicht kann in einer solchen Variante auch eine unterschiedliche Anzahl an mehreren Schichten aufweisen.In such a variant, the first and second outer layers can also have a different number of multiple layers.
Die Frühzündmittel bzw. die weiteren pyrotechnischen Zusammensetzungen zwischen den äußersten Schichten und der Innenschicht fungieren in einer solchen Anordnung als Transferladungen bzw. als Moderator. Somit kann nicht nur das korrekte Auslösen der Frühzündeinrichtung gewährleistet werden, sondern auch der zeitliche Verlauf des Abbrands der Frühzündeinrichtung optimiert werden.The early ignition means or the further pyrotechnic compositions between the The outermost layers and the inner layer function in such an arrangement as transfer charges or as moderators. In this way, not only can the correct triggering of the pre-ignition device be guaranteed, but the time course of the burn-up of the pre-ignition device can also be optimized.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die erste und die zweite Außenschicht das gleiche Frühzündmittel und, falls vorhanden, die gleiche pyrotechnische Zusammensetzung. Entsprechend ist der Schichtaufbau des Trägers symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch, um die Innenschicht herum. Eine solche Anordnung gewährleistet einen gleichmäßigen Abbrand von beiden Seiten des Trägers und somit ein besonders kontrolliertes Anzünden des Frühzündmittels bzw. der weiteren pyrotechnischen Zusammensetzung der Innenschicht.In a preferred embodiment, the first and second outer layers contain the same pre-ignition agent and, if present, the same pyrotechnic composition. Correspondingly, the layer structure of the carrier is symmetrical, in particular mirror-symmetrical, around the inner layer. Such an arrangement ensures a uniform burn on both sides of the carrier and thus a particularly controlled ignition of the pre-ignition means or the further pyrotechnic composition of the inner layer.
Der Träger kann in Form einer Hülse, einer Scheibe, eines Bandes, einer Schnur und/oder eines Netzes vorliegen. Die verwendete Geometrie kann auf den vorliegenden Gasgenerator abgestimmt werden, sodass eine erhöhte Kontaktfläche zwischen Frühzündeinrichtung und Treibstoff des Gasgenerators erzielt werden kann.The carrier can be in the form of a sleeve, a disc, a tape, a cord and / or a net. The geometry used can be matched to the present gas generator, so that an increased contact surface between the pre-ignition device and the fuel of the gas generator can be achieved.
Ebenso lassen sich auf diese Weise Gasgeneratoren erhalten, die die Wärmeübertragung im Brandfall von äußeren Bauteilen des Gasgenerators hin zum Treibstoff in idealer Weise ermöglichen und somit die Überzündfähigkeit vom Frühzündmittel und/oder der weiteren pyrotechnischen Zusammensetzung auf den Treibstoff verbessern.Likewise, gas generators can be obtained in this way which ideally enable the transfer of heat from external components of the gas generator to the fuel in the event of fire and thus improve the overignition capability from the pre-ignition agent and / or the further pyrotechnic composition to the fuel.
Um zusätzlich eine mechanische Dämpfung zu erzielen, kann der Träger zwischen einer Innenwand der Brennkammer und dem Treibstoff angeordnet sein. Somit kann der Treibstoff nicht mehr direkt an die Wände der Brennkammer anschlagen, wodurch zum einen mechanische Belastungen auf den Treibstoff und zum anderen Rasselgeräusche des Gasgenerators reduziert werden.In order to additionally achieve mechanical damping, the carrier can be arranged between an inner wall of the combustion chamber and the fuel. As a result, the fuel can no longer hit the walls of the combustion chamber directly, as a result of which, on the one hand, mechanical loads on the fuel and, on the other hand, rattling noises of the gas generator are reduced.
Der Träger kann auch innerhalb der Brennkammer so angeordnet sein, dass er eine mechanische Dämpfung zwischen den Komponenten des Treibstoffs darstellt, beispielsweise wenn der Treibstoff in Form von Tabletten lose innerhalb der Brennkammer angeordnet ist.The carrier can also be arranged within the combustion chamber in such a way that it represents a mechanical damping between the components of the fuel, for example when the fuel is loosely arranged in the form of tablets within the combustion chamber.
Die Aufgabe der Erfindung wird zudem gelöst durch die Verwendung eines flexiblen Trägers als Frühzündeinrichtung in einem Gasgenerator, wobei der flexible Träger zumindest ein an den Träger gebundenes Frühzündmittel umfasst. Bevorzugt ist der Gasgenerator ein Gasgenerator der oben beschriebenen Art.The object of the invention is also achieved through the use of a flexible carrier as a pre-ignition device in a gas generator, the flexible carrier comprising at least one pre-ignition means bound to the carrier. The gas generator is preferably a gas generator of the type described above.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine teilgeschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Gasgenerators mit einer erfindungsgemäßen Frühzündeinrichtung; - -
2a eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Frühzündeinrichtung aus1 ; - -
2b eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Frühzündeinrichtung; - -
3 ein schematischer Querschnitt eines Trägers der Frühzündeinrichtung mit zwei Schichten; und - -
4 ein alternativer schematischer Querschnitt eines Trägers der Frühzündeinrichtung mit fünf Schichten.
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1 a partially sectioned view of a gas generator according to the invention with an early ignition device according to the invention; - -
2a an exemplary embodiment of an early ignition device according to the invention1 ; - -
2 B an alternative embodiment of an early ignition device according to the invention; - -
3 a schematic cross section of a carrier of the pre-ignition device with two layers; and - -
4th an alternative schematic cross section of a carrier of the pre-ignition device with five layers.
Die in
Der erfindungsgemäße Gasgenerator kann jedoch auch jede beliebige andere aus dem Stand der Technik bekannte Bauform eines Gasgenerators aufweisen, beispielsweise könnte es sich um einen rohrförmigen Gasgenerator handeln.The gas generator according to the invention can, however, also have any other design of a gas generator known from the prior art, for example it could be a tubular gas generator.
Neben anderen gewöhnlich in Gasgeneratoren dieser Art enthaltenen Bauteilen, die hier nicht näher beschrieben sind, weist der Gasgenerator
Der Gasgenerator
Der Treibstoff
Der Treibstoff
In der Brennkammer
In einem solchen Fall entzündet sich zunächst unabhängig von der normalen (bestimmungsgemäßen) Zündkette die Frühzündeinrichtung
Der Treibstoffs
In der in
Grundsätzlich können jedoch auch lediglich eine oder mehr als zwei Frühzündeinrichtungen
Die Frühzündeinrichtung
Die Frühzündeinrichtung
Grundsätzlich könnte die längste Erstreckungsrichtung der Frühzündeinrichtung
In
In
Grundsätzlich kann der Träger
Der flexible Träger
Zur Herstellung des Trägers
Bevorzugte Lösungsmittel sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tetrahydrofuran (THF), Chloroform, Toluol, Aceton, Xylol, Alkoholen, Ethern und/oder Kombinationen davon.Preferred solvents are selected from the group consisting of tetrahydrofuran (THF), chloroform, toluene, acetone, xylene, alcohols, ethers and / or combinations thereof.
Wird Polyvinylchlorid als Kunststoff verwendet, ist das Lösungsmittel besonders bevorzugt Tetrahydrofuran.If polyvinyl chloride is used as the plastic, the solvent is particularly preferably tetrahydrofuran.
Grundsätzlich werden Lösungsmittel bevorzugt, die einen hohen Dampfdruck aufweisen, sodass das Lösungsmittel auf einfache Weise zumindest teilweise verdampft werden kann.In principle, solvents are preferred which have a high vapor pressure so that the solvent can be at least partially evaporated in a simple manner.
Alternativ kann der Kunststoff auch lediglich geschmolzen werden. In diesem Fall kann die Frühzündeinrichtung auch ohne Lösungsmittel hergestellt werden.Alternatively, the plastic can also simply be melted. In this case, the pre-ignition device can also be produced without a solvent.
In die erhaltene Polymer-Binder-Matrix wird anschließend das Frühzündmittel eingebracht, insbesondere in dünnen Schichten mittels eines Siebs. Somit ist das Frühzündmittel innerhalb der Polymer-Binder-Matrix eingebettet, liegt also innerhalb der Polymer-Binder-Matrix verteilt vor, bevorzugt gleichmäßig verteilt.The pre-ignition agent is then introduced into the polymer-binder matrix obtained, in particular in thin layers by means of a sieve. The pre-ignition agent is thus embedded within the polymer-binder matrix, that is to say it is distributed within the polymer-binder matrix, preferably evenly distributed.
Das Frühzündmittel umfasst einen Brennstoff und optional ein Oxidationsmittel.The pre-ignition agent comprises a fuel and optionally an oxidizing agent.
Der Brennstoff kann ein Material umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Bor, Aluminium, Silicium, Magnesium, Eisen, Titan, Wolfram, Kupfer, Kohlenstoff, Zirkonium, Legierungen der zuvor genannten Elemente, Nitrotriazolon, Nitrocellulose, Guanidiniumverbindungen, insbesondere Guanidiniumnitrat, und Kombinationen davon.The fuel can comprise a material selected from the group consisting of boron, aluminum, silicon, magnesium, iron, titanium, tungsten, copper, carbon, zirconium, alloys of the aforementioned elements, nitrotriazolone, nitrocellulose, guanidinium compounds, in particular guanidinium nitrate , and combinations thereof.
Das Oxidationsmittel kann ein Material umfassen, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kaliumperchlorat, Kaliumnitrat, Kaliumchlorat, Bariumnitrat, Strontiumnitrat, Natriumnitrat, Natriumperchlorat, Lithiumnitrat, Eisenoxid, Kupferoxid, Ammoniumperchlorat, Ammoniumnitrat und Kombinationen davon.The oxidizing agent can comprise a material selected from the group consisting of potassium perchlorate, potassium nitrate, potassium chlorate, barium nitrate, strontium nitrate, sodium nitrate, sodium perchlorate, lithium nitrate, iron oxide, copper oxide, ammonium perchlorate, ammonium nitrate, and combinations thereof.
Optional kann zudem eine weitere pyrotechnische Zusammensetzung zugesetzt werden. Für die weitere pyrotechnische Zusammensetzung können die gleichen Komponenten wie für das zumindest eine Frühzündmittel eingesetzt werden.Another pyrotechnic composition can optionally be added. The same components as for the at least one pre-ignition means can be used for the further pyrotechnic composition.
Ebenso können weitere Additive in die Polymer-Binder-Matrix eingebracht werden, beispielsweise Weichmacher, Stabilisatoren, Trennmittel, Farbstoffe, Pigmente und/oder Füllstoffe.Further additives can also be incorporated into the polymer-binder matrix, for example plasticizers, stabilizers, release agents, dyes, pigments and / or fillers.
Anschließend wird das Lösungsmittel zumindest teilweise verdampft.The solvent is then at least partially evaporated.
Soll ein mehrschichtiger Aufbau des Trägers
Die Zusammensetzungen der einzelnen Schichten können sich dabei voneinander unterscheiden.The compositions of the individual layers can differ from one another.
Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Anzahl an Schichten des Trägers
Schließlich wird restliches Lösungsmittel verdampft und der fertige Träger
In der Frühzündeinrichtung
Sofern die Frühzündeinrichtung neben dem zumindest einen Frühzündmittel eine weitere pyrotechnische Zusammensetzung enthält, liegt die weitere pyrotechnische Zusammensetzung in einem Anteil von 5 bis 95 Gewichtsprozent vor, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Frühzündeinrichtung
In
Die Schicht
Entsprechend löst die Schicht
In
Die erste Außenschicht
Bevorzugt sind die Schichten
Bevorzugt weisen die äußersten Schichten
Die Innenschicht
Die zwischen den äußersten Schichten
Bevorzugt ist das Frühzündmittel in den Schichten
Auf diese Weise kann das Abbrandverhalten der Frühzündeinrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2017/136872 A1 [0006]WO 2017/136872 A1 [0006]
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