DE19925954A1

DE19925954A1 - Mit zündfähigem Gas gestarteter, pyrotechnischer Gasgenerator

Info

Publication number: DE19925954A1
Application number: DE19925954A
Authority: DE
Inventors: Michael P Jordan; Karl K Rink; Wesley L Hatt; Steven R Pripps; David W Lindsey; David J Green; Scott A Jackson; Donald J Cunningham
Original assignee: Autoliv ASP Inc
Current assignee: Autoliv ASP Inc
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2000-01-05
Also published as: US6007097A

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zündung eines pyrotechnischen Gaserzeugers oder Gasgenerators, wie denjenigen, die bei Fahrzeug-Airbagsystemen verwendet werden, offenbart. Das Zündsystem verwendet ein zündfähiges Gas, um das pyrotechnische Gaserzeugungsmaterial zu entzünden. Das zündfähige Gas kann entweder in dem ganzen freien Innenraum des Gasgenerators untergebracht werden, oder es kann in einem getrennten, versiegelten Behälter, entweder getrennt von oder zusammen mit dem pyrotechnischen Gaserzeugungsmaterial gehalten werden. Das Verfahren und die Vorrichtung bieten gegenüber herkömmlichen pyrotechnischen Zündsystemen sowohl Kostenersparnisse als auch eine Verringerung der Verzögerungszeit.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung ist auf einen Gasgenerator oder Gaserzeuger gerichtet, der verwendete wird, um schnell eine Menge an nicht toxischem Gas bereitzustellen, das zum Aufblasen eines aufblasbaren Gegenstandes, wie eines aufblasbaren Kissens eines passiven Airbag-Schutzsystems, wie es in modernen Fahrzeugen verwendet wird, geeignet ist. Die Erfindung ist besonders auf solche Gasgeneratoren gerichtet, die sich auf die Entzündung von festen, pyrotechnischen Materialien stüt zen, um die erforderlichen Gase zum Aufblasen zu erzeugen.

Beschreibung der verwandten Technik

Aufgrund ihrer erwiesenen Wirksamkeit wurden Airbags, die in Reaktion auf eine Kollision auslösen, um die Insassen eines Fahrzeugs vor ernsterer Verletzung zu schützen, indem sie ein Kissen zwischen den Insassen und den Innenflächen der Fahrgastzelle bereitstellen, in modernen Fahrzeugen immer beliebter. Airbag-Systeme umfassen typischerweise einen oder mehrere Airbags, die in gefaltetem, entleertem Zustand in einem Aufbewahrungsbereich in der Fahrgastzelle angebracht sind. Im Falle einer Kollision erfaßt ein Aufprallsensor, der am Rahmen oder Körper des Fahrzeugs angebracht ist, eine plötzliche Geschwindigkeitsverringerung des Fahrzeugs und triggert elektrisch die Aktivierung des Airbags. Typische Airbag-Systeme aus dem Stand der Technik umfassen einen Gas erzeuger oder Gasgenerator, der ein pyorotechnisches, gaser zeugendes Material oder Gaserzeugungsmaterial enthält, das fähig ist, bei Entzündung schnell ausreichend Gas zu bilden, um den zugehörigen Airbag aufzublasen. Das System umfaßt auch einen Initiator, wie eine elektrische Zündpille, und einen Zünder oder eine ähnliche die Entzündung steigernde Ladung aus einem sich schnell entzündenden Material, wie Borkaliumnitrat (BKNO₃). Bei Empfang eines Triggersignals vom Aufprallsensor zündet der Initiator, wobei die schnelle Verbrennung des sich schnell entzündenden Materials bewirkt wird, das wiederum das langsamer brennende Gaserzeugungsma terial entzündet.

Airbag-Systeme, die auf der Fahrgastseite von Fahrzeugen verwendet werden, sind gewöhnlich an einer Stelle hinter der Instrumententafel/dem Armaturenbrett angebracht. Wie in den US-Patenten Nr. 4,005,876 für Jorgenson et al., ausgegeben am 1. Februar 1977, und 4,878,690 für Cunningham, ausgegeben am 7. November 1989, beschrieben, beinhalten solche Systeme gewöhnlich einen Gaserzeuger mit einem zylindrischen Gehäu se. Ein elektrischer Initiator oder eine Zündpille ist an einem Ende des Gehäuses angeordnet, um auf einen linearen Zünder zu zünden, der eine sich entlang der Achse des Gehäu ses erstreckende Zünderröhre umfaßt. Die Zünderröhre ist mit Zünderkörnchen beladen und umfaßt oft eine Zündeinrichtung aus Schnellbrennschnur (RDC), die sich entlang der Röhren achse erstreckt und von Zünderkörnchen umgeben ist, wodurch sie eine gleichmäßige Entzündung entlang der Länge des Gas generators sicherstellt. Ein Ende der Zünderröhre ist mit einer Blende verschlossen, die die Zünderkörnchen zurück hält, wobei sie ein Entzünden der Körnchen durch eine Selbstentzündungseinrichtung im Falle eines Fahrzeugsbrandes gestattet. Eine freiliegende Länge der RDC und ein Abstand zwischen dem Zünder und der Selbstentzündungseinrichtung sind kritische Merkmale, die während der Zusammenbaus des Gasgenerators streng überwacht werden müssen, um die richtige Wirkungsweise der Selbstentzündungseinrichtung sicherzustellen. Das Gaserzeugungsmaterial in Tabletten- oder Plättchenform umgibt die Zündröhre entlang der Länge des Gehäuses. Das Gaserzeugungsmaterial wiederum ist von einem Filter- und Kühlaufbau umgeben, der das erzeugte Gas kühlt und aus Partikeln bestehende Stoffe herausfiltert, bevor das Gas durch Öffnungen in der zylindrischen Wand des Gehäuses in das Innere des Airbags austritt, wodurch es denselben aufbläst. Viele Variationen der Gasgeneratoren aus dem Stand der Technik und ihrer linearen Zünder sind gegenwärtig in Gebrauch und arbeiten gut. Solche Variationen beinhalten diejenigen, die in den US-Patenten Nr. 5,620,205 und 5,626,360 beschrieben sind. Diese Zünder erfordern jedoch eine arbeitsintensive Montage und bestehen im allgemeinen aus vielen Bestandteilen, von welchen einige kostspielig sind.

Es wurden auch Zünder gestaltet, um an einem Ende von läng lichen, zylindrischen Gaserzeugern angebracht zu werden. Ein solcher Zünder, der ein aus Partikeln bestehendes oder kör niges Zündmaterial verwendet, ist im gemeinschaftlich abge tretenen US-Patent Nr. 5,409,259, erteilt am 25. April 1995 für Cunningham et al., und in einer Teilfortführungsanmel dung dieses Patents, Seriennr. 08/106,291 mit dem Titel "Gas Generator For Vehicle Occupant Restraint System", einge reicht am 13. August 1993, beschrieben. Ein an einem Ende angebrachter, pyrogener Zünder, der einen massiven Treibsatz (grain) aus einem pyrotechnischen Gaserzeugungsmaterial um faßt, ist im US-Patent Nr. 5,623,115 offenbart.

Die Zünder aus dem Stand der Technik sind relativ aufwendig herzustellen und einzubauen. Außerdem enthalten sie nicht verbrauchbare Materialien, die einen heißen, aus Partikeln bestehenden Rückstand erzeugen können, der aus dem erzeugten Gas entfernt werden muß, um zu verhindern, daß er den Airbag beschädigt, während er aufgeblasen wird. Fahrzeugerschütte rungen können bei einigen Zündern bewirken, daß sie zerbre chen. Darüber hinaus bewirkten einige Zünder, daß das zuge hörige massive Gaserzeugungsmaterial während der Zündung zerbrach oder zerfiel, was dazu führte, daß der Gasgenerator ungleichmäßige und schlecht gesteuerte Verbrennungs- und Aufblasgasabgabe-Charakteristiken zeigte. Schließlich kann die Verzögerungszeit, die zwischen dem Empfang des Ak tivierungssignals und der Unterdrucksetzung des Airbags, während welcher sich verschiedene Materialien in der Zünd folge nacheinander entzünden, länger dauern als optimal ist. Es besteht weiterhin ein Bedarf für weniger komplizierte, leichter montierte und weniger kostspielige Zündsysteme, die eine schnelle und gleichmäßige Entzündung bereitstellen, während sie einen hohen Grad an Sicherheit und Zuverlässig keit aufrechterhalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt ein Zündsystem für pyro technische Gasgeneratoren bereit, das den Gebrauch eines Initiators, der einen Funken, Wärme oder einen Stoß erzeugt, umfaßt, um eine zündfähige Gasmischung (einschließlich Ga sen, die exotherm zerfallen), zu entzünden, die wiederum eine Ladung von festem, pyrotechnischem Gaserzeugungsmate rial entzündet. Die Erfindung führt zu Gasgeneratoren oder Gaserzeugern, bei denen die Zünder aus dem Stand der Technik oder ähnliche feste, die Entzündung steigernde Materialien insgesamt oder teilweise durch eine zündfähige Gasatmosphäre ersetzt sind, die der Ladung von festem, pyrotechnischem Gaserzeugungsmaterial benachbart bereitgestellt ist. In ei nigen Fällen kann die bei den Gasgeneratoren aus dem Stand der Technik bereitgestellte Zündpille durch einen Funkener zeuger oder ein lokalisiertes Heizelement ersetzt sein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine teilweise weggeschnittene Ansicht eines Gasgenerators gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine Teilansicht einer bevorzugten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine teilweise weggeschnittene Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des Tankdrucks über der Zeit für einen mit zündfähigem Gas gezündeten Gasgenerator (A) und für einen vergleichbaren mit pyrotechnischem Material gezündeten Gasgenerator (B).

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein Gasgenerator auf der Fahrgastseite gemäß der vorliegen den Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Der Gasgenerator 10 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 12, das sich von einem in tegralen Endverschluß 14 zu einer Endverschlußanordnung 16 erstreckt. Im Gehäuse 12 und etwa in der Reihenfolge, in der sie darin montiert sind, befinden sich ein Gummidichtungs kissen 18, eine zylindrische Filteranordnung 20, die einen zylindrischen Drahtmaschenfilter 22 und eine fakultative, gelochte, innere Stahlröhrenwand 24 umfaßt, einen ringförmi gen, stoßdämpfenden Abstandshalter 25, der aus einer kompri mierten, nicht gewebten Matte (matte) aus Metallfasern be steht, und gestapelte, ringförmige Plättchen 26 aus einem gaserzeugenden, pyrotechnischen, festen Material. Ein Zünd kanal 27 erstreckt sich entlang der von dem Zentralloch der gestapelten, ringförmigen Plättchen 26 definierten Achse. Vor der Montage der Endverschlußanordnung 16 im Gehäuse 12 wird ein weiterer ringförmiger, zusammendrückbarer, stoß dämpfender Abstandshalter 28 den gestapelten Plättchen be nachbart bereitgestellt und wird ein weiteres Gummidich tungsmaterial 30 so bereitgestellt, daß es über dem Ende der Filteranordnung liegt. Die Endverschlußanordnung 16 umfaßt eine Endverschlußplatte 32 mit einer Öffnung, durch die ein außerhalb betätigter Initiator 34 angebracht wird. Die Endverschlußplatte 32 wird in das zylindrische Gehäuse 12 eingesetzt, und das offene Ende des Gehäuses wird um den äußeren Rand 36 der Verschlußplatte geschmiedet, was eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Gehäuse 12, der Endverschlußplatte 32 und dem Dichtungsmaterial 30 bereit stellt. Der Initiator 34 wird fluiddicht in der Endver schlußplatte 32 angeordnet, entweder bevor oder nachdem die Platte 32 in dem zylindrischen Gehäuse 12 angeordnet wird. Vorzugsweise sind der Initiator und die Endverschlußplatte hermetisch abgedichtet, wenn das Zündende des Initiators dem zündfähigen Gas direkt ausgesetzt ist. Am integralen Endver schluß 14 ist ein Montageansatz 38 zum Anbringen des Gasge nerators in einem Airbagbehälter versehen. Um die Längswand des zylindrischen Gehäuses 12 herum sind Ausgangsöffnungen 40 bereitgestellt. Eine auf der Rückseite mit Klebstoff ver sehene Folienschicht auf dem Inneren der Längswand des zy lindrischen Gehäuses 12 stellt eine reißfähige Abdichtung über den Ausgangsöffnungen 40 bereit.

Ein zündfähiges Gas wird in das Innere des Gasgenerators entweder bevor die Endverschlußanordnung 16 und das zylin drische Gehäuse 12 zu einem fluiddichten Zustand zusammenge setzt werden oder durch eine geeignet angebrachte Füllöff nung gefüllt, nachdem die Endverschlußanordnung 16 und das Gehäuse 12 zu einem fluiddichten Zustand zusammengesetzt wurden. Das zündfähige Gas kann jedes zündfähige Gas oder Mischung von Gasen sein, die (a) sich entzünden, wenn sie der Aktivierung vom Initiator ausgesetzt werden, (b) keinen Abbau des pyrotechnischen Gaserzeugungsmaterials oder der anderen zur Bildung des Gasgenerators verwendeten Materia lien über die ausgedehnte Lebensdauer des Fahrzeugs oder an deren Vorrichtung bewirken, in welcher der Gasgenerator ver wendet werden soll, und (c) keine toxischen Entzündungspro dukte mit irgendeinem im Gasgenerator verwendeten Material bilden. Vorzugsweise ist das zündfähige Gas bei -40°C und höher gasförmig. Geeignete Gase umfassen Mischungen von Brennstoffen und Oxidationsmitteln oder exotherm zerset zungsfähige Gase. Geeignete Brennstoffe umfassen Wasserstoff, Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Ethan, Propan und/oder Butan, sauerstoffhaltige, organische Verbindungen, wie Ether, einschließlich Dimethylether. Geeignete Oxidationsmittel umfassen Distickstoffoxid (N₂O) und sauerstoffhaltige Gase, wie Luft oder Sauerstoff. Bezugnahmen auf zündfähige Gase sollen in dieser Anmeldung exotherm zersetzungsfähige Gase umfassen, die bei Aktivierung eine große Menge an Wärme abgeben. Geeignete exotherm zersetzungsfähige Gase umfassen Distickstoffoxid (N₂O), auf Acetylen basierende Materialien, einige organische Peroxide und Hydrazinverbindungen. Jedes der zündfähigen Gase kann auch inerte Gase, wie Argon, Helium, Stickstoff oder Krypton umfassen. Eine geringe Menge an Helium, Krypton 85 oder eines anderen radioaktiven Gases kann beinhaltet sein, um eine bessere Nachweisbarkeit wäh rend einer Leckprüfung bereitzustellen.

Das zündfähige Gas wird hauptsächlich dafür bereitgestellt, die Zündung, die in der Nachbarschaft des Initiators auf tritt, schnell und steuerbar auf die freiliegenden Oberflä chen des festen, pyrotechnischen Gaserzeugungsmaterials zu übertragen. Es ist nicht beabsichtigt, daß es signifikant zum Volumen des Gasprodukts zum Aufblasen beiträgt. Während das zündfähige Gas bei erhöhten Drücken bereitgestellt wer den kann, ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, daß das Gas bei einem Druck von nicht mehr als 20 psig (bei einer Standardtemperatur von 70°F) bereitgestellt wird, und es ist besonders bevorzugt, daß das Gas bei Atmosphärendruck bereitgestellt wird, um mögliche Undichtigkeitsprobleme zu minieren.

Das feste, pyrotechnische, gaserzeugende Material kann ir gendeines solcher Materialien sein, die bei Gasgeneratoren als nützlich anerkannt sind. Azidmaterialien, wie Natrium azid, gemischt mit einem Oxidationsmittel, wie einem Metall oxid, waren bisher der Standard in der Industrie. Neuerdings wurde eine neue Generation von pyrotechnischen Materialien, einschließlich Tetrazolverbindungen, Triazolverbindungen, Metallsalzen von Dicyanamid, Nitratsalzen von Aminen, ein schließlich substituierten Aminen, und Salze von Dilitursäu re oder 5-Nitroorotsäure, entwickelt, die oft als Nichtazid- Erzeugungsmaterialien oder Erzeugungsmaterialien mit hoher Reaktionstemperatur bezeichnet werden. Außer Metalloxiden umfassen geeignete Oxidationsmittel zur Verwendung im Gaser zeugungsmaterial Chlorate, Perchlorate und Nitrate. Jedes dieser Materialien kann in den vorliegenden Gasgeneratoren verwendet werden. Das pyrotechnische Material kann als scheibenförmige Plättchen bereitgestellt werden, wie im Gas generator von Fig. 1 gezeigt, oder es kann als Tabletten, Körnchen oder als ein einzelner Treibsatz bereitgestellt werden. Es ist wohlbekannt, daß die Gestalt des pyrotechni schen Materials die äußere Oberfläche, die für seine anfäng liche Entzündung verfügbar ist, und die Geschwindigkeit be stimmt, mit der weiteres pyrotechnisches Material danach der Flammenfront dargeboten wird. Folglich ist die Gestalt ein wichtiger Parameter, der die Verbrennungscharakteristiken der Gaserzeugungsmaterialladung beeinflußt. In jenen Fällen, in denen die pyrotechnische Füllung mit einer definierten Gestalt (im Gegensatz zu einer regellosen Mischung), wie die dargestellten gestapelten Plättchen oder ein einziger Treib satz, bereitgestellt ist, kann die Entzündungsgeschwindig keit durch Einstellen der Gesamtoberfläche und des Ortes mo difiziert werden, die der Atmosphäre aus zündfähigem Gas dargeboten werden. Zum Beispiel kann eher als die Bereit stellung eines einzelnen zentralen Zündkanals 27 eine Reihe von Zündkerben, -vorsprüngen oder -kanälen bereitgestellt werden, die sich entweder an der Außenseite der Ladung be finden oder sich an einer Vielzahl von Stellen durch die La dung erstrecken. Indem dafür gesorgt wird, daß die anfängli che Entzündung an der Außenseite der Ladung aus pyrotechni schem Material auftritt, müssen die erzeugten Gase nicht durch den bisher nicht entzündeten Anteil der Füllung hin durchgehen und sie möglicherweise zerbrechen, wenn sie zu den Austrittsöffnungen 40 des Gasgenerators strömen. Außer dem wird durch Bereitstellen von Kanälen oder Vorsprüngen mit Ebenen, die sich unter spitzen Winkeln schneiden, wie ein Kanal mit sternförmigem Querschnitt, die Zuverlässigkeit der Entzündung gegenüber der eines ähnlichen Kanals mit run dem Querschnitt erhöht.

Die Bauteile des Gasgenerators können aus Metallen, wie Stahl, Aluminium oder Titan, bestehen. Vom Kostenstandpunkt aus ist Stahl im allgemeinen bevorzugt, jedoch können Alumi nium und Titan bei Anwendungen, die versuchen, das Gewicht der Anordnung zu minimieren, Vorteile bieten. Wenn Aluminium verwendet wird, kann im Gasgenerator ein Material mit einer Selbstentzündungstemperatur im Bereich von 300 bis 450°F be reitgestellt werden, um sicherzustellen, daß sich im Falle eines Lager- oder Fahrzeugbrandes die darin befindlichen zündfähigen Materialien entzünden, bevor die erhöhte Tempe ratur bewirkt, daß die Aluminiumbauteile ihre strukturelle Festigkeit verlieren. Bei einigen Ausführungsformen dieser Erfindung, insbesondere jenen, die ein unter Druck gesetz tes, zündfähiges Gas verwenden, kann das zündfähige Gas so ausgewählt sein, daß für eine Selbstentzündung bei der ge wünschten Selbstentzündungstemperatur gesorgt ist. Das US- Patent Nr. 5,494,312, "Autoignition of a Fluid Fueled Infla tor", beschreibt die Auswahl von fluiden Brennstoffen, um für eine Selbstentzündung zu sorgen, und wird hier durch Be zugnahme aufgenommen.

Der Initiator 34 kann jede Einrichtung sein, die, wenn sie durch den Empfang eines externen Signals aktiviert wird, das zündfähige Material entzündet, mit welchem sie verwendet wird. Dies kann eine Einrichtung sein, die auf ein elektri sches Signal durch Erzeugen einer lokalisierten überhitzten Stelle reagiert, wie eine elektrische Widerstandsheizung oder Elektroden, die eine Funkenstrecke definieren. Alterna tiv kann sie eine Lasereinrichtung sein, die einen Laser strahl, der fähig ist, wo er auftrifft, eine überhitzte Stelle zu erzeugen, erzeugt oder das zündfähige Material an derweitig auf seinen Entzündungspunkt erhitzt. Weitere In itiatoren könnten sich auf einen elektrisch ausgelösten, fe dergetriebenen Zündstift oder Hammer stützen, der auf ein Zündhütchen schlägt. Zündpillen, bei denen eine elektrisch erzeugte überhitzte Stelle ein pyrotechnisches Material ent zündet, sind ein weiterer Typ eines wirksamen Initiators.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Diese Ausführungsform ist der von Fig. 1 ähnlich und stützt sich auf dieselben Bezugszeichen der Gegenstände, um ähnliche Bauteile zu identifizieren. Der Hauptunterschied ist die Bereitstellung des pyrotechnischen Gaserzeugungsmaterials und wenigstens eines signifikanten Teils des zündfähigen Gases in einem Folienbehälter 50, der eine Folienpatrone 52 und eine Folienscheibe 54 umfaßt. Der Behälter wird als versiegelte Einheit in das Gehäuse 12 gegeben. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird der versiegelte Folienbehälter im Gehäuse angeordnet, nachdem der Filter 22 im zylindrischen Gehäuse 12 angeordnet ist, und die Gummidichtung 30 wird sowohl über dem Filter 22 als auch über dem Folienbehälter 50 angeordnet. Der Initiator 34 befindet sich in der Endverschlußplatte 32 und die Ränder 56 werden an die Wand des Initiators geschmiedet, wodurch er an seinem Platz abgedichtet wird. Dann wird die zusammenge setzte Endverschlußanordnung auf der Gummidichtung 30 im Ge häuse 12 angeordnet. Die Endverschlußanordnung wird in die Gummidichtung gedrückt, was eine druckdichte Abdichtung er zeugt, wenn die Enden des zylindrischen Gehäuses um den Um fang der Endverschlußplatte geschmiedet werden. Während der Montage wird die Abdichtung des Folienzylinders durch eine an einer der Funken erzeugenden Elektroden 60 des Initiators 34 bereitgestellte Durchstoßspitze zerrissen. Vorzugsweise ist die Durchstoßspitze 58 so angeordnet, daß sie die Ab dichtung zerreißt, nachdem das Gummidichtungsmaterial 30 sich mit der Endverschlußplatte 32 im Kontakt befindet. Al ternativ könnte die Durchstoßspitze als einzelnes Element vorgesehen sein, das zu einer Durchstoßposition vorgeschoben wird, nachdem die Endverschlußanordnung vollständig montiert und der Gasgenerator fluiddicht ist.

Bei einer weiteren Variation der Ausführungsform von Fig. 2 kann der versiegelte Behälter in einem versiegelten Zustand gehalten werden, bis der Gasgenerator aktiviert wird. Das Halten des Behälters in einem versiegelten Zustand liefert zusätzlich zu der durch das fluiddichte Gasgeneratorgehäuse bereitgestellten die Sicherheit, daß fluidisiertes Gas nicht aufgrund grober Handhabung während der Montage oder aufgrund winziger Undichtigkeitspfade über die ausgedehnte Lebens dauer, oft fünfzehn Jahre oder mehr, des Fahrzeugs, in wel chem das Airbagsystem angebracht ist, austritt. In diesem Fall bewirkt die Aktivierung des Initiators sowohl das Öff nen des versiegelten Behälters als auch das Entzünden des freigesetzten zündfähigen Gases. Ein Initiator, bei dem eine entzündete, pyrotechnische Ladung ein Projektil oder einen Kolben zum versiegelten Behälter treibt und auch glühend heiße, feste, aus Partikeln bestehende Stoffe liefert, ist für das Öffnen des Behälters und das Entzünden des freigesetzten zündfähigen Gases besonders wirksam. Geeignete Initiatoren, die (a) entweder Projektile oder Kolben einsetzen, um die Freisetzung eines entzündbaren Gases zu bewirken, und (b) eine Zündquelle für die freigesetzten Gase bereitstellen, sind in US-Patent Nr. 5,649,720 beschrieben, das hier durch Bezugnahme aufgenommen wird. Ein Laser- Initiator ist ebenfalls geeignet, da der Laserstrahl so gerichtet werden kann, daß er die dünne Folie schmilzt und während dessen eine überhitzte Stelle erzeugt, die fähig ist, das zündfähige Gas zu entzünden. Noch ein weiterer geeigneter Initiator stellt elektrische Kontakte bereit, die, wenn sie montiert werden, einen Kontakt mit Anschlußflächen an entgegengesetzten Enden eines auf dem versiegelten Behälter bereitgestellten elektrischen Widerstandsüberzugs, -films oder -drahts herstellen. Eine solche elektrische Widerstandseinrichtung könnte auf der dünnen Folie, die zur Bildung des Behälters verwendet wird, durch Vakuumabscheidung oder chemische Dampfabscheidung aufgebracht werden, oder sie könnte haftend daran angebracht werden. Das Anlegen eines elektrischen Stromes an die Elektroden bewirkt, daß sich die Temperatur der elektrischen Widerstandseinrichtung erhöht, das zündfähige Gas entzündet und bewirkt, daß sich der Behälter öffnet.

Der versiegelte Behälter ist aus einem Blattmaterial herge stellt, das für die im zündfähigen Gas vorhandenen Bestand teile undurchlässig ist. Dünne Metallfolie, Kunststoffolie oder metallbeschichtete Kunststoffolie sind geeignete Blatt materialien, die bei Verpacken ausgiebig benutzt wurden und für welche Versiegelungsgeräte und -verfahren entwickelt wurden und leicht verfügbar sind. Der Behälter kann aus einer Folienpatrone und einer oder zwei (einer an jedem Ende) Folienscheiben bestehen, wie dargestellt, oder er kann aus einem einzigen gefalteten Blatt gebildet werden, wobei seine übereinanderliegenden, benachbarten Kanten versiegelt werden, was eine versiegelte Hülle bildet.

Mit der möglichen Ausnahme eines zündfähigen Gases, das sich auf eine Mischung von Brennstoff und einem Oxidationsmittel stützt, wird die gesamte Ladung an zündfähigem Gas vorzugs weise im versiegelten Behälter bereitgestellt. Wenn das zündfähige Gas eine Brennstoff/Oxidationsmittel-Mischung um faßt, ist es bevorzugt, daß der gesamte Brennstoff und ein Teil des Oxidationsmittels im versiegelten Behälter bereit gestellt werden. Ein Teil des erforderlichen Oxidationsmit tels, der dem Sauerstoffgehalt von in den Abschnitten des eingeschlossenen Volumens des Gasgenerators außerhalb des versiegelten Behälters eingeschlossenen Luft entspricht, kann von der in einen solchen Behälter gefüllten, zündfähi gen Gasmischung weggelassen werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform stellt das zündfä hige Gas in einem hermetisch versiegelten Behälter bereit, der das feste, pyrotechnische Gaserzeugungsmaterial nicht enthält. Der Behälter kann auch eine Initiatoreinrichtung in wirksamem Kontakt mit dem Gas anbringen. Der hermetisch ver siegelte Behälter umfaßt einen Aufbau, der sich bei Aktivie rung öffnet, um zu gestatten, daß die erhitzten Entzündungs produkte des entzündeten, zündfähigen Gases durch die Öff nungen auf das pyrotechnische Gaserzeugungsmaterial gerich tet werden. Ein Beispiel einer solchen bevorzugten Ausfüh rungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Ein Gasgenerator umfaßt ähnlich zu denjenigen, die in Fig. 1 und 2 dargestellt sind, ein zylindrisches Gehäuse 12, in dem ein zylindrische Fil teranordnung 20 und gestapelte, gaserzeugende, pyrotechni sche, ringförmige Plättchen 26 angeordnet sind. Ein Zündka nal 27 erstreckt sich durch die ausgerichteten Zentrallöcher der Plättchen im allgemeinen entlang der Achse des zylindri schen Gehäuses. Ein hermetisch versiegelter Behälter in Form einer Zündröhre 70 erstreckt sich in den Zündkanal 27 von seiner Anbringung zum Endverschluß 32. Das Ende der Zündröhre, die sich in den Zündkanal 27 hinein erstreckt, ist entweder durch einen integralen oder einen aufgeschweiß ten Verschluß verschlossen. Das andere Ende der Zündröhre ist gegenüber einer Initiationseinrichtung 34 hermetisch ab gedichtet. Eine Vielzahl von zu öffnenden Abschnitten, wie zu öffnenden Öffnungen 72, erstreckt sich entlang der Länge der Zündröhre. Die zu öffnenden Öffnungen sind so angeord net, daß sie bei Öffnung die durch Entzündung des zündfähi gen Gases erzeugten, erhitzten Produkte auf die festen, gas erzeugenden, pyrotechnischen Plättchen 26 richten, um diese zu zünden. Die Zündröhre enthält ein zündfähiges Gas bei einem Druck zwischen 300 und 1200 psig und vorzugsweise zwi schen 400 und 900 psig, was deutlich höher als der Druck des zündfähigen Gases bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Aus führungsformen ist. Die Konstruktion der Zündröhre und die bei der Initiationseinrichtung vorgesehene hermetische Ab dichtung verringert die Möglichkeit eines Entweichens von Gas über die erwartete Lebensdauer des Gasgenerators. Eine alternative Konstruktion kann das zündfähige Gas in der Zündröhre mit einer reißfähigen Abdichtung oder Berstscheibe einschließen, die am Initiator vorn angebracht ist, wodurch die Aktivierung des Initiators zuerst die Abdichtung zer reißt und dann das freigesetzte zündfähige Gas entzündet.

Die Zündröhre kann aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein, Metall ist gegenwärtig jedoch bevorzugt, weil es be ständigere hermetische Abdichtungen liefert. Die Oberflächen des Initiators, die die Zündröhre berühren, bestehen aus einem Material, das der Berührungsfläche der Zündröhre aus reichend ähnlich ist, daß die Oberflächen zusammengeschweißt werden können, um eine hermetische Abdichtung zu bilden. Wenn die Zündröhre aus Stahl besteht, kann der Initiator eine Zündpille mit einem Stahl- oder Inconel-Gehäuse sein. Eine Einfüllöffnung für das zündfähige Gas kann an jeder ge eigneten Stelle an der Zündröhren/Initiator-Anordnung vorge sehen sein. Bei einigen der zündfähigen Gase, wie Distick stoffoxid (N₂O) und anderen Gasen mit einer relativ hohen Gefriertemperatur, kann das Gas direkt bevor die Abdichtung zwischen der Zündröhre und dem Initiator hergestellt wird, als kryogenisch gefrorenes, festes Teilchen in die Zündröhre gefüllt werden. Diese Technik ist in der Anmeldung, Serien nr. 08/935,016, mit dem Titel "Pressurized Fluid-Containing Airbag Inflator" ausführlicher beschrieben, welche hier durch Bezugnahme aufgenommen wird. Das kryogenisch gefrore ne, zündfähige Gas kann eine geringe Konzentration an Helium oder radioaktivem Krypton 85 (Kr-85) für ihre gesteigerte Nachweisbarkeit bei einer Leckprüfung umfassen.

Die zu öffnenden Abschnitte oder Öffnungen 72, die entlang der Röhre vorgesehen sind, können durch Einkerben, -maschi nelles Bearbeiten oder anderweitiges Bereitstellen von vor geschwächten Abschnitten entlang der Länge der Röhre gebil det werden. Die Abschnitte sind in einem Maße vorgeschwächt, daß sie brechen und sich öffnen, wenn das Innere der Röhre durch Aktivierung des Initiators und Entzündung des zündfä higen Gases unter hohen Druck gesetzt wird. Alternativ können die Abschnitte oder Öffnungen anfangs offen bereitge stellt und dann durch haftendes oder anderweitiges Anbringen einer Metallfolie an der Innenseite der Röhre abgedichtet werden, so daß sich die Folie über die offenen Abschnitte oder Öffnungen erstreckt und sie abdichtet. Bei Aktivierung des Initiators und Entzündung des zündfähigen Gases reißen die Abschnitte der Folie, die sich über die offenen Ab schnitte oder Öffnungen erstrecken, wobei sie gestatten, daß die Entzündungsprodukte mit den pyrotechnischen Gaserzeu gungsplättchen in Kontakt kommen und sie entzünden.

Das zündfähige Gas kann bei einem Druck von bis zu 1200 psi bereitgestellt werden. Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 werden jeweils relativ niedrige Drücke verwendet, wäh rend im versiegelten Behälter mit relativ kleinem Volumen der Ausführungsform von Fig. 3 relativ hohe Drücke des zünd fähigen Gases bereitgestellt werden. Bei höheren Drücken in nerhalb dieses Bereiches kann das zündfähige Gas oder ein Teil davon in einem kondensierten, verflüssigten Zustand un tergebracht werden. Folglich soll sich der Begriff zündfähi ges Gas auf zündfähige Materialien beziehen, die bei Atmo sphärendruck im gasförmigen oder Dampfzustand vorliegen. Die Verbrennungsgeschwindigkeit pyrotechnischer Materialien ist zum Druck proportional.

Die Menge an bereitgestelltem Zündmaterial aus zündfähigem Gas beeinflußt sowohl (a) die Menge an zum Entzünden des py rotechnischen Materials bereitgestellter Wärmeenergie als auch (b) die Menge an schnell entwickelten, gasförmigen Pro dukten, die verfügbar werden, um den Innendruck im Gasgene rator zu erhöhen und dadurch die Verbrennungsgeschwindigkeit des pyrotechnischen Materials zu erhöhen. Diese Wirkungen verbinden sich, um eine wesentliche Verbesserung bei der Steuerung und Verringerung der zwischen der Aktivierung der Entzündung und dem Unterdrucksetzen des Airbags auftretenden Verzögerungszeit zu liefern.

Ein hermetisch abgedichteter Behälter mit vorgeschwächten Öffnungsabschnitten ist bei Anwendungen besonders bevorzugt, bei denen eine größere Energiezufuhr erforderlich ist und/oder bei denen eine bessere Kontrolle über den Ort der Entzündung und der Entzündungsgeschwindigkeit erwünscht ist.

Beispiel

Ein Gasgenerator, ähnlich dem in Fig. 3 dargestellten, mit 210 mm Länge und 61 mm Durchmesser wurde mit 280,5 Gramm eines Gaserzeugungsmaterials aus Natriumazid gefüllt. Es wurde ein Zünder aus einer Röhre aus 0,89 mm dickem, rost freiem Stahl hergestellt. Die Röhre war außen bis zu einer Tiefe von 0,38 mm eingekerbt, um vorgeschwächte Bereiche be reitzustellen, die dafür bestimmt sind, bei einem Innendruck von etwa 2000 psi zu reißen. Der Zünder wurde mit kryoge nisch gefrorenen Brocken aus 0,10 g Butan und 1,6 g Distick stoffoxid gefüllt und eine Berstscheibe in eine abdichtende Position in der Röhre geschweißt, bevor die gefrorenen Brocken schmolzen. Ein Initiator aus 90 mg Kaliumzirkonium perchlorat wurde in der Zündröhre so angebracht, daß er ihre Zündprodukte auf die Berstscheibe richtet, und die Zündröhre wurde im Gasgenerator angebracht.

Zu Vergleichszwecken wurde ein ähnlicher Gasgenerator mit einem pyrotechnischen Zünder hergestellt, der eine Schnell brennschnur mit 127 mm Länge und 1,59 mm Durchmesser ent hielt, die von 7 g Borkaliumnitrat umgeben war. Außer dem Zünder waren die beiden Gasgenratoren im wesentlichen gleich.

Die beiden Gasgeneratoren wurden in einen 100 Liter Tank ge zündet und der Druck im Tank als Funktion der Zeit nach der Aktivierung aufgezeichnet. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 ge zeigt, wobei der Tankdruck als Funktion der Zeit für den mit einem zündfähigen Gas gezündeten Gasgenerator als Kurve A und eine ähnliche graphische Darstellung für den mit einem pyrotechnischen Material gezündeten Gasgenerator als Kurve B dargestellt ist. Die von beiden Systemen erzeugte Gasmenge war im wesentlichen gleich, die höhere Temperatur des mit dem pyrotechnischen Zünder erzeugten Gases führte jedoch zu einem höheren Enddruck. Der Druckunterschied hat eine rela tiv geringfügige Wirkung auf die Systemleistung, aber die beim mit zündfähigem Gas gezündeten System erzeugte gerin gere Temperatur kann bei der Verringerung von Verbrennungen bei den Insassen vorteilhaft sein. Ein bedeutender Lei stungsunterschied zwischen den Systemen ist die Verringerung der Verzögerungszeit zwischen der Aktivierung und dem posi tiven Tankdruck, die vom System mit zündfähigem Gas gezeigt wurde. Typischerweise zeigen mit pyrotechnischen Materialien gezündete, pyrotechnische Gaserzeugungssysteme Verzögerungs zeiten zwischen 5 und 10 Millisekunden. Bei diesem Beispiel zeigte das mit zündfähigem Gas gezündete System einen posi tiven Tankdruck etwa 3 Millisekunden schneller als es das mit pyrotechnischem Material gezündete System zeigte.

Es sollte erkannt werden, daß die vorhergehende Beschreibung zur Verfügung gestellt wird, um Arbeitern zu empfehlen, wie die Erfindung herzustellen und in die Praxis umzusetzen ist, und sie nicht den Umfang der abgedeckten Erfindung ein schränken soll. Der Umfang der Erfindung ist durch die fol genden Ansprüche definiert.

Claims

1. Gasgenerator, der zur Verwendung mit einem passiven Airbag-Schutzsystem geeignet ist, welcher umfaßt:
ein Gehäuse, das ein festes, pyrotechnisches Gaserzeu gungsmaterial enthält,
eine Menge eines zündfähigen Gases, die ausreichend ist, um das feste, pyrotechnische Gaserzeugungsmaterial zu entzünden, und
einen Initiator, der bei Aktivierung fähig ist, das zündfähige Gas zu entzünden.

2. Gasgenerator nach Anspruch 1, der weiterhin umfaßt: einen Behälter, der wenigstens den Hauptteil des zünd fähigen Gases enthält.

3. Gasgenerator nach Anspruch 2, bei dem der Behälter auch das feste, pyrotechnische Gaserzeugungsmaterial ent hält.

4. Gasgenerator nach Anspruch 3, der weiterhin umfaßt:
eine Öffnungseinrichtung, die fähig ist, den Behälter zu öffnen, nachdem der Gasgenerator zu einem im wesent lichen fluiddichten Zustand montiert ist.

5. Gasgenerator nach Anspruch 3, bei dem der Behälter we nigstens ein Material umfaßt, das aus der Gruppe ausge wählt ist, die aus Metallfolie, Kunststoffolie, metall beschichteter Kunststoffolie besteht.

6. Gasgenerator nach Anspruch 2, bei dem der Behälter ver siegelt ist.

7. Gasgenerator nach Anspruch 6, bei dem der Initiator bei Aktivierung fähig ist, den versiegelten Behälter zu öffnen.

8. Gasgenerator nach Anspruch 2, bei dem der Behälter zu öffnende Bereiche umfaßt, die dafür ausgelegt sind, sich zu öffnen, wenn der Innendruck im Behälter einen vorher ausgewählten Wert übersteigt.

9. Gasgenerator nach Anspruch 2, bei dem das zündfähige Gas in dem Behälter bei einem Druck von bis zu 1200 psi gehalten wird.

10. Gasgenerator nach Anspruch 2, bei dem der Initiator durch eine hermetische Abdichtung mit dem Behälter ver bunden ist.

11. Gasgenerator nach Anspruch 1, bei dem das zündfähige Gas einen Druck von bis zu 20 psi hat.

12. Gasgenerator nach Anspruch 1, bei dem das zündfähige Gas umfaßt:

(a) wenigstens ein Brennstoffgas, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wasserstoff, Kohlenwasser stoffen und mit Sauerstoff substituierten Kohlen wasserstoffen besteht und
(b) wenigstens ein Oxidationsmittel, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Distickstoffoxid und Sauer stoff besteht.

13. Gasgenerator nach Anspruch 1, bei dem das feste, pyro technische Gaserzeugungsmaterial wenigstens ein Material umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallaziden, Tetraazolen, Triazolen, Metallsalzen von Dicyanamid, Nitratsalzen von Aminen, Salzen von Dilitursäure und Salzen von 5-Nitroorotsäure besteht.

14. Gasgenerator nach Anspruch 1, bei dem das zündfähige Gas wenigstens ein exotherm zersetzungsfähiges Gas aus der Gruppe umfaßt, die aus Distickstoffoxid, organi schen Peroxiden, Hydrazinen und Acetylenen besteht.

15. Gasgenerator nach Anspruch 1, bei dem das zündfähige Gas eine Selbstentzündungstemperatur zwischen 300°F und 450°F aufweist.

16. Verfahren zur Herstellung eines Produktgases, das zum Aufblasen eines aufblasbaren Gegenstands geeignet ist, welches umfaßt:
Bereitstellen einer Menge eines festen, pyrotechnischen Gaserzeugungsmaterials, das fähig ist, das Produktgas in einem Gehäuse zu erzeugen,
Einschließen eines zündfähigen Gases im Gehäuse, Entzünden des zündfähigen Gases,
Entzünden des festen, pyrotechnischen Gaserzeugungsma terials, indem es mit den Entzündungsprodukten des ent zündeten zündfähigen Gases in Kontakt gebracht wird, und
Gestatten, daß das durch das entzündete Gaserzeugungs material erzeugte Produktgas aus dem Gehäuse austritt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das feste, pyro technische Gaserzeugungsmaterial und wenigstens ein Hauptteil des zündfähigen Gases in einem versiegelten Behälter vor der Anordnung in dem Gehäuse bereitge stellt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Aktivierung eines Initiators zur Öffnung des versiegelten Behälters und Entzündung des zündfähigen Gases führt.

19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der versiegelte Be hälter geöffnet wird, nachdem das Gehäuse ausreichend montiert ist, um im wesentlichen fluiddicht zu sein.

20. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das zündfähige Gas einen gasförmigen Brennstoff und ein gasförmiges Oxida tionsmittel umfaßt.

21. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das zündfähige Gas ein exotherm zersetzungsfähiges Gas umfaßt.

22. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das zündfähige Gas in einem Behälter vor der Anordnung in dem Gehäuse ein geschlossen wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Versiegelung des Behälters das Bereitstellen einer hermetischen Ab dichtung umfaßt, die den Behälter mit einem Initiator verbindet, der fähig ist, das zündfähige Gas zu entzün den.

24. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der Behälter mit einem zu öffnenden Aufbau versehen ist, der sich bei Entzündung des zündfähigen Gases öffnet, um zu gestat ten, daß die Entzündungsprodukte des zündfähigen Gases mit dem festen, pyrotechnischen Gaserzeugungsmaterial in Kontakt kommen und es entzünden.

25. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der Druck des zünd fähigen Gases im Behälter im Bereich von 300 bis 1200 psi liegt.

26. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das zündfähige Gas eine Selbstentzündungstemperatur zwischen 300°F und 450°F aufweist.

27. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das zündfähige Gas im versiegelten Behälter einen Druck hat, der aus reicht, um zu bewirken, daß wenigstens ein Teil des zündfähigen Gases zu einer Flüssigkeit kondensiert wird.