DE19954875A1

DE19954875A1 - Initiator für Airbagaufblasvorrichtung

Info

Publication number: DE19954875A1
Application number: DE19954875A
Authority: DE
Inventors: Bryan W Shirk; Ahmad K Al-Amin; Timothy A Swann; Wynsberghe Roy D Van; Thomas H Deming
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2000-06-15
Also published as: US6196584B1

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum Aufblasen einer aufblasbaren Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung (12) weist einen eine Kammer (40) definierenden Behälter (14) auf. Der Behälter (14) besitzt einen Teil (36), der zur Ausbildung einer Öffnung im Behälter reißbar ist. Eine Menge eines Aufblasströmungsmittels (42) ist unter Druck in der Kammer (40) gespeichert. Ein elektrisch betätigbarer Initiator (50) ist mit dem Behälter (14) zum Reißen des reißbaren Teils (36) des Behälters verbunden, um eine Strömung des Aufblasströmungsmittels (42) aus der Aufblasvorrichtung (10) heraus zu ermöglichen. Der Initiator (50) weist eine zündbare Primärladung (90) und elektrisch anregbare Mittel (60) zum Zünden der Primärladung auf. Der Initiator (50) weist ferner eine Sekundärladung (100) auf, die durch die Primärladung (90) zündbar ist. Sekundärladung (100) weist ein zündbares Metall in fester Form auf, das sich verflüssigt, wenn es durch Primärladung (90) gezündet ist. Die Primärladung (90) erzeugt beim Zünden Verbrennungsprodukte unter Druck, die die Sekundärladung (10)) zünden und das verflüssigte Metall in Eingriff mit dem reißbaren Teil (36) des Behälters (14) lenken, um beim Öffnen des reißbaren Teils des Behälters zu helfen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Sekundärladung (100) thermit.

Description

Hintergrund der Erfindung Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufblasen einer aufblasbaren Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung wie beispielsweise einen Airbag. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Initiator bzw. eine Auslösevorrichtung für eine Airbagaufblasvorrichtung mit einer Berstscheibe, die durch den Initiator geöffnet wird.

Beschreibung des Stands der Technik

Eine bekannte Art einer Aufblasvorrichtung zum Aufblasen eines Airbags weist einen Behälter auf, in welchem Aufblasströmungsmittel gespeichert ist. Der Behälter weist eine reißbare Berstscheibe auf. Die Aufblasvorrichtung weist ebenso einen elektrisch betätigbaren Initiator auf, um bei dessen Betä tigung die Berstscheibe zu reißen, um das Aufblasströmungsmittel für ein Strömen in den Airbag freizugeben. Der Initiator weist typischerweise ein pyrotechnisches Material auf, das geeignet zur Erzeugung von Verbren nungsprodukten ist, und zwar einschließlich heißer Gase, um die Berst scheibe zu reißen. Bekannte Initiatoren bzw. Auslösevorrichtungen weisen eine Mischung aus einem Metall und einer metallischen Verbindung auf (die als ein Oxidationsmittel verwendet wird), wie beispielsweise Borkaliumnitrat oder Titankaliumperchlorat. Das Zünden solche einer Ladung erzeugt primär Wärme, heiße Gase und eine Druckquelle zum Reißen der Berstscheibe.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung zum Aufblasen einer aufblas baren Insassenschutzvorrichtung. Die Vorrichtung weist einen Behälter auf, der eine Kammer definiert. Der Behälter besitzt einen Teil, der zur Ausbil dung einer Öffnung im Behälter reißbar ist. Eine Aufblasströmungsmittel menge ist unter Druck in der Kammer gespeichert. Die Vorrichtung weist ebenso einen elektrisch auslösbaren Initiator bzw. eine Auslösevorrichtung auf, die mit dem Behälter zum Reißen des reißbaren Teiles des Behälters verbunden ist, um ein strömen des Aufblasströmungsmittels aus der Auf blasvorrichtung heraus zum Aufblasen der Schutzvorrichtung zu ermögli chen. Der Initiator weist eine zündbare Primärladung und elektrisch anregba re Mittel zum Zünden der Primärladung auf. Der Zünder weist ferner eine Sekundärladung auf, die durch die Primärladung zündbar ist. Die Sekundär ladung weist ein zündbares Metall in fester Form auf, das sich verflüssigt, wenn die Zündung durch die Primärladung erfolgt. Die gezündete Primärla dung erzeugt unter Druch stehende Verbrennungsprodukte, die die Sekun därladung zünden und verflüssigtes Metall in Eingriff mit dem reißbaren Teil des Behälters lenken, um beim Öffnen des reißbaren Teils des Behälters zu helfen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das vorangegangene und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden sich dem Fachmann, auf dessen Gebiet sich die vorliegende Erfin dung bezieht, beim Betrachten der folgenden Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichungen verdeutlichen, wobei folgendes gezeigt ist:

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht, und zwar teilweise weggebro chen, einer Aufblasvorrichtung einschließlich eines Initiators, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; und

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Aufblasvorrichtung der Fig. 1 einschließlich des Initiators.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufblasen einer aufblasbaren Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung, wie beispielsweise einen Airbag. Andere aufblasbare Fahrzeuginsassenschutzvorrichtungen, die gemäß mit der Erfindung verwendet werden können, umfassen beispiels weise aufblasbare Sitzgurte, aufblasbare Kniepolster, aufblasbare Kopfaus kleidungen oder Seitenvorhänge und durch aufblasbare Airbags betriebene Kniepolster. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Airbagaufblasvorrichtung mit einer Berstscheibe, die durche einen Initiator bzw. eine Auslösevorrichtung geöffnet wird. Repräsentativ für ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt Fig. 1 eine Aufblas vorrichtung 10 zum Aufblasen einer aufblasbaren Fahrzeuginsasenschutz vorrichtung oder eines Airbags dar, der schematisch bei 12 dargestellt ist.

Die Aufblasvorrichtung 10 weist einen Behälter 14 auf. Der Behälter weist einen zylindrischen Hauptkörperteil 16 auf, der auf einer Achse 20 der Auf blasvorrichtung 10 zentriert ist. Der Hauptkörperteil 16 des Behälters 14 weist eine zylindrische, sich axial erstreckende Seitenwand 22 und eine sich radial erstreckende Endwand 24 auf. Der Behälter 14 weist ebenso eine Endkappe oder einen Diffusor 30 auf, der an ein offenes Ende des Haupt körperteils 16 des Behälters gegenüberliegend zur Endwand 24 geschweißt ist. Der Diffusor 30 definiert eine Öffnung 32 in eine Initiatorkammer 34 im Diffusor 30.

Der Behälter besitzt einen reißbaren Teil in der Form einer Berstscheibe 36. Die Berstscheibe 36 ist an den Diffusor 30 geschweißt. Eine Gasauslaßöff nung 38 erstreckt sich zwischen der Initiatorkammer 34 und den äußeren bzw. der Außenseite des Diffusors 30.

Der Behälter 14 definiert eine Gasspeicherkammer 40. Eine Menge eines Aufblasströmungsmittels 42 in der Form einer brennbaren bzw. verbrennba ren Mischung aus Gasen ist unter Druck in der Kammer 40 gespeichert. Die brennbare Mischung aus Gasen weist ein Primärgas und Brennstoffgas auf. Das Brennstoffgas liefert Verbrennungswärme, die das Primärgas erhitzt. Diese Gasmischung kann irgendeine geeignete Zusammensetzung haben, wie es im Stand der Technik bekannt ist, hat jedoch bevorzugterweise eine Zusammensetzung gemäß der im US Patent Nr. 5,348,344 dargelegten Er findung.

Die Berstscheibe 36 blockiert eine Strömung des Strömungsmittels 42 aus der Kammer 40 durch die Öffnung 32. Die Aufblasvorrichtung 10 könnte al ternativ eine unterschiedliche Struktur aufweisen als die der Berstescheibe 36 und der Öffnung 32, wie beispielsweise einen dünnwandigen Teil des Diffusers 30, der reißbar ist, um eine Öffnung im Behälter vorzusehen.

Die Aufblasvorrichtung 10 weist einen Metallhalter 44 auf, der am Diffusor 30 gesichert ist. Der Halter sichert einen Initiator bzw. eine Auslösevorrichtung 50 an seiner Position in der Aufblasvorrichtung 10. Der Initiator 50 weist eine bei 52 schematisch dargestellte Basis auf (Fig. 2). Ein Paar von elektri schen Anschlüssen 54 und 56 erstreckt sich von der Basis 52 aus, und zwar für einen Eingriff mit einem elektrischen Verbinder (nicht gezeigt) des Fahr zeugs.

Ein Widerstandselement 60 erstreckt sich zwischen einem inneren Endteil 62 des ersten Anschluß 54 und einem inneren Endteil 64 des zweiten An schluß 56. Das Widerstandselement 60 verbindet elektrisch den ersten An schluß 54 und den zweiten Anschluß 56 miteinander. Das Widerstandsele ment 60 ist wirksam zum Erzeugen von Wärme, wenn ein elektrischer Strom durch das Widerstandelement zwischen den ersten und zweiten Anschlüs sen 54 und 56 des Initiators 50 hindurchgeht.

Der Initiator 50 weist eine Metallbüchse oder -Kappe 70 auf. Die Kappe 70 ist eine einzelne Metallschicht mit einer becherförmigen Konfiguration ein schließlich einer zylindrischen, sich axial erstreckenden Seitenwand 72 und einer sich radial erstreckenden Endwand 74. Die Seitenwand 72 der Kappe 70 ist auf der Achse 20 zentriert. Die Seitenwand 72 der Kappe 70 ist an der Basis 52 des Initiators 50 auf eine bekannte Weise (nicht gezeigt) gedichtet bzw. im dichtenden Eingriff.

Die Seitenwand 72 und die Endwand 74 der Kappe 70 definieren zusammen eine Kammer 80 in der Kappe. Eine Primärladung 90 und eine Sekundärla dung 100 sind in der Kammer 80 angeordnet. Das Widerstandselement 60 ist ebenso in der Kammer 80 angeordnet. Die Primärladung 90 ist eine Men ge aus zündbarem Material. Das zündbare Material ist bevorzugterweise ein bekanntes pyrotechnisches Material, wie beispielsweise Zirkonkalium perchlorat, Titankaliumperchlorat oder Borkaliumnitrat, und zwar in Pulver form, das zündet, wenn es der durch das Widerstandselement 60 erzeugten Wärme ausgesetzt wird. Die Kappe 70 umschließt das zündbare Material 90 und hält das zündbare Material in Kontakt mit dem Widerstandselement 60.

Die Sekundärladung 100 ist in einer Schicht entlang der Innenseite der End wand 74 der Kappe 70 angeordnet. Während des Zusammenfügens des Initiators 50 wird die Sekundärladung 100 in die leere Kappe 70 plaziert, be vor die Primärladung 90 in die Kappe plaziert wird. Die Sekundärladung 100 wird getrennt von der Primärladung 90 gefertigt und Zusammengefügt. Die Sekundärladung 100 kann gepreßtes oder loses Pulver sein.

Die Sekundärladung 100 ist somit zwischen der Primärladung 90 und der Endwand 74 der Kappe 70 angeordnet. Wenn der Initiator 50 in der Aufblas vorrichtung 10 zusammengefügt wird, ist die Endwand 74 der Kappe 70 in Richtung auf die Berstscheibe 36 hin ausgerichtet bzw. zugewandt. Die Se kundärladung 100 ist somit zwischen der Primärladung 90 und der Berst scheibe 36 angeordnet, wenn der Initiator 50 in der Aufblasvorrichtung 10 zusammengefügt ist.

Die Sekundärladung 100 ist eine Menge eines fein zerteilten aktiven Metalls, das als ein Brennstoff verwendet wird, und eines Metalloxids, das als ein Oxidationsmittel verwendet wird (eine Kombination, auf die sich oft als "Thermit" bezogen wird). Ein "aktiv" Metall ist irgendein elementares Metall, das einer starken exothermischen Reaktion bei der Reduzierung zu Metal loxid unterliegt. Aktive Metalle umfassen die Alkalimetalle und die Erdalkali metalle, neben anderen. Ein bevorzugtes Aktivmetall bzw. aktives Metall ist Aluminium. Andere aktive Metalle wie beispielsweise Magnesium, Titan oder Zirkon, könnten verwendet werden. Ein bevorzugtes Oxidationsmittel ist Ei senoxid. Andere Materialien, wie beispielsweise Siliziumdioxid, Chromoxid, Mangandioxid, Kupfer(II)-Oxid oder Bleioxid, könnten als Oxidationsmittel verwendet werden.

Die ersten und zweiten elektrischen Anschlüsse 54 und 56 des Initiators sind mit einer elektrischen Fahrzeugschaltung schematisch bei 110 angezeigt verbunden, die eine Leistungsquelle, die bevorzugterweise eine Fahrzeug batterie und/oder ein Kondensator ist, und einen normalerweise geöffneten Schalter aufweist. Der Schalter ist Teil eines Sensors, der einen Fahrzeug zustand abfühlt, der das Auftreten eines Zusammenstoßes bzw. einer Kolli sion anzeigt. Der kollisionsanzeigende Zustand kann beispielsweise eine plötzliche Fahrzeugverzögerung aufweisen, die durch die Kollision verur sacht ist. Wenn der kollisionsanzeigende Zustand bei oder über einem vor bestimmten Schwellenwertpegel ist, zeigt dies das Auftreten eines Zusam menstoßes an, mit zumindest einem vorbestimmten Schwellenwertpegel der Schwere. Der Schwellenwertpegel der Zusammenstoßschwere ist ein Pegel, bei welchem das Aufblasen des Airbags 12 oder anderer Fahrzeuginsassen schutzeinrichtungen erwünscht ist, um beim Schutz eines Insassen des Fahrzeugs zu helfen.

Wenn der Sensor einen kollisionsanzeigenden Zustand bei oder über dem vorbestimmten Schwellenwertpegel abfühlt, schließt sich der Schalter und der Initiator 50 wird elektrisch angeregt bzw. erregt. Ein elektrischer Strom fließt zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 54 und 56 des Initiators 50 durch das Widerstandselement 60. Das Widerstandselement 60 erzeugt Hitze bzw. Wärme, die die Primärladung 90 zündet.

Das Zünden der Primärladung 90 erzeugt Verbrennungsprodukte einschließ lich heißer Gase und bewirkt einen Anstieg des Druckes innerhalb der Kappe 70. Der Druckanstieg innerhalb der Kappe 70 bewirkt, daß die Kappe reißt. Die Verbrennungsprodukte der Primärladung 90 und eine Druck- bzw. Schockwelle pflanzen sich weg von der Basis 52 und in Richtung auf die Berstscheibe 36 fort. Die Verbrennungsprodukte und die Druckwelle treffen auf der Berstscheibe 36 auf.

Die Sekundärladung 100 wird durch die Hitze der Primärladung 90 gezündet. Das Oxidationsmittel der Sekundärladung 100 reagiert mit dem Brennstoff in einer Verbrennungsreaktion. Das Oxidationsmittel wird durch den Brennstoff reduziert, was ein überhitztes, elementares Metall in einer flüssigen Form entwickelt bzw. erzeugt. Wenn Aluminiumoxid und Eisenoxid als Kompo nenten der Sekundärladung 100 verwendet werden, reduziert das Aluminiu moxid das Eisenoxid in einer exothermen Reaktion, um geschmolzenes Ei sen und Aluminiumoxid auszubilden. Das Metall und das Metalloxid sind so ausgewählt, daß die Reaktionstemperatur der Reduktionsreaktion zwischen den beiden hoch ist, und zwar mit einem entsprechend hohem wärmeerzeu genden bzw. kalorimetrischen Ausgang bzw. einer Ausgangsgröße, und die entwickelten Produkte sollten eine hohe Flüchtigkeit besitzen (Verdampfungs temperatur).

Das geschmolzene Eisen besitzt eine Temperatur typischerweise im Bereich von 2000 bis 2800°C. Das geschmolzene Eisen wird durch die Verbren nungsprodukte der Primärladung in Eingriff mit der Berstscheibe 36 voran getrieben bzw. angetrieben. Das Metall kann beispielsweise in einem Strom mit kleinem Durchmesser von ungefähr einem Achtel eines Zolldurchmes sers (Zoll = 2,54 cm) fließen.

Das flüssige Metall von der Sekundärladung 100 wirkt als ein Projektil und kommt mit der Berstscheibe 36 in Eingriff bzw. trifft auf diese auf. Die Berst scheibe 36 reißt, wenn sie mit dem Strom des geschmolzenen Metalls in Eingriff kommt, und aufgrund der Verbrennungsprodukte der Primärladung. Das Aufblasströmungsmittel 42 fließt durch die gerissene Berstscheibe 36 und durch die Gasauslaßöffnung 38 im Diffusor 30 zum Aufblasen des Air bags 12.

Das Metall der Sekundärladung 100 bleibt geschmolzen, während die Berst scheibe 36 schmilzt, und zwar aufgrund der hohen Temperatur des Metalls (typischerweise ungefähr 2000 bis 2800°C) und der kleinen thermischen Masse der Berstscheibe (typischerweise ungefähr 0,5 mm dick). Die Hitze des geschmolzenen Metalls unterstützt das Schwächen der Berstscheibe 36, um den Projektileffekt des fließenden bzw. strömenden Metalls zu verstär ken.

Nachdem die Berstscheibe 36 gerissen ist, zündet das geschmolzene Metall das Brennstoffgas, das ein Teil des Aufblasströmungsmittels 42 im Behälter 14 ist. Das Zünden des Brennstoffgases erhöht den Druck und die Tempe ratur des Primärgases im Behälter 14. Es wird keine andere Wärmequelle außer der Sekundärladung 100 zum Zünden des Brennstoffgases benötigt.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein elementares Metall als eine Sekundärladung 100 verwendet. Die Sekundärladung 100 ist als eine Scheibe oder eine ähnliche Struktur vorgesehen und nicht mit ire gendwelchen anderen Elementen oder Materialien vermischt oder verbun den, wie beispielsweise einem Oxidationsmittel oder anderen zündbarem Materialien. Die Hitze der Verbrennung der Primärladung 90 bewirkt die Ver flüssigung der Sekundärladung 100. Das geschmolzene Metall wird als ein Projektil durch die Verbrennungsprodukte der Primärladung 90 in Eingriff mit der Berstscheibe 36 vorangetrieben und kann beim Reißen der Berstscheibe helfen. Wenn Adiquatsauerstoff vorliegt, wird das elementare Metall der Se kundärladung 100 verbrennen anstatt zu schmelzen.

Aus der vorangegangenen Beschreibung der Erfindung entnimmt der Fach mann Verbesserungen, Veränderungen und Modifiaktionen der Erfindung. Beispielsweise kann das Aufblasströmungsmittel im Behälter kein Brenn stoffgas aufweisen, wobei in diesem Fall das geschmolzene Metall der Se kundärladung 100 nur zum Reißen der Berstscheibe dienen wird. Solche Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen im Bereich des Fach könnens sollen von den angefügten Ansprüchen abgedeckt sein.

Claims

1. Vorrichtung zum Aufblasen einer aufblasbaren Fahrzeuginsassen schutzvorrichtung, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:
einen eine Kammer definierenden Behälter, wobei der Behälter einen Teil besitzt, der zur Ausbildung einer Öffnung im Behälter reißbar ist;
eine Menge an Aufblasströmungsmittel unter Druck in der Kammer; und
einen elektrisch betätigbaren Initiator bzw. eine Auslösevorrichtung, die mit dem Behälter zum Reißen des reißbaren Teils des Behälters verbun den ist, um ein Strömen des Aufblasströmungsmittel aus der Aufblasvor richtung zum Aufblasen der Schutzvorrichtung zu ermöglichen;
wobei der Initiator eine zündbare Primärladung und elektrisch anreg bare Mittel zum Zünden der Primärladung aufweist;
wobei der Initiator ferner eine durch die Primärladung zündbare Se kundärladung aufweist;
wobei die Sekundärladung ein zündbares Metall in fester Form auf weist, das sich verflüssigt, wenn es durch die Primärladung gezündet wird;
wobei die Primärladung nachdem zünden Verbrennungsprodukte un ter Druck erzeugt, die die Sekundärladung zünden und das verflüssigte Me tall in Eingriff mit dem reißbaren Teil des Behälters lenken, um beim Öffnen des reißbaren Teils des Behälters zu helfen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Sekundärladung zwi schen der Primärladung und dem reißbaren Teil des Behälters angeordnet ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Sekundärladung ein Me tall in Pulverform gemischt mit einem Oxidationsmittel aufweist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das Metall in Pulverform Aluminium ist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das metallische Oxid Eisen oxid ist.

6. Initiator bzw. Auslösevorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Primärladung ein zündbares Pulver aufweist, das in einer Kappe einge schlossen ist und in Position auf der Basis der Kappe gehalten wird, wobei die Sekundärladung eine Schicht aus zündbarem Material mit einer Zusam mensetzung unterschiedlich von der Zusammensetzung der Primärladung aufweist.

7. Initiator gemäß Anspruch 6, wobei die Sekundärladung Thermit aufweist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Sekundärladung zwi schen der Primärladung und dem reißbaren Teils des Behälters angeordnet ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Sekundärladung eine Schicht aus elementaren Metall aufweist.