DE2229039A1

DE2229039A1 - Stickstofferzeugendes Aufblassystem zur Stoßdammung

Info

Publication number: DE2229039A1
Application number: DE19722229039
Authority: DE
Inventors: Donald Ray Woodinville Stang Peter Leroy Bellevue Mars James Edward Vashon Wash Pool (VStA)
Original assignee: Rocket Research Co
Current assignee: Rocket Research Co
Priority date: 1971-06-14
Filing date: 1972-06-14
Publication date: 1972-12-21
Also published as: JPS5520892B1; US3785674A; FR2142440A5; IT958353B; CA964692A; GB1375470A

Description

• Stickstofferzeugendes Aufblassystem zur Stoßdämmung

Die Erfindung betrifft ein Stoßdarmnungssystein, bei dem ein Kissen aufgebLasern wird, um zu verhindern, daß der Insasse eines Autor; gugen das Lenkrad, das Armaturenbrett oder andere Teile des Autos geschleudert wird.

In der US-Patentanmeldung Serial No. 84 26γ der gleichen Anrnelderin ist ein aufblasbares Kissen zum Schutz des Insassen eines Auto,·; beschrieben. Die Aufblasvorrichtung besteht aus einem Bündel von Gasgeneratoren, von denen jeder eine Verbrennungskammer zur Aufnahme einer Masse, die über eine kurze Zeit von beispielsweise 20 bis j50 Millisekunden praktisch gleichmäßig Gas tJjzugeben vermag, aufweist. Die gebildeten Verbrennungsgas strömen läng;; eines vorgegebenen Weges aus einer Düse und durch ein Kühlmittel, beispielsweise Preon, derart, daß das Kühlmittel in den Strom der Verbrennungsgase versprüht und darin verdampft wird und ein vollständiges Aufblasen des Kissens bewirkt wird.

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Es sind eine Anzahl Vorrichtungen bekannt, durch die ein Schutzkissen vor einem Fahrer oder Mitfahrer aufgeblasen wird, um zu verhindern, daß er an das Lenkrad, das Armaturenbrett oder andere Teile des Fahrzeugs geschleudert wird. Die Vorrichtung wird gewöhnlich durch einen Inertialschalter, der auf einen Aufprall des Autos bei eine:n Unfall anspricht, aktiviert. Dieser Inertialschalter verursacht darm, daß eine Aufblasvorrichtung rasch ein Schutzkissen so aufbläst, daß es sich vor dem Fahrer oder Mitfahrer ausdehnt. Das in das Kissen eingeblasene Gas 1st entweder Druckluft oder ein anderes komprimiertes Gas von beispielsweise 2^-5 atü (3*500 psi), wie aus den US-PS 3 ²H 1 8ü8, 3 413 031 und einer Anzahl weiterer, die; κ es Gebiet betreffender Patentschriften bekannt ist. Ein Druckgasbehälter ist abei* nicht nur unerwünscht groß und sperrig, sondern seine Mitführung ist außerdem nicht ungefährlich.

Es ist daher schon versucht worden, zum Aufblasen die durch Zündung einer Masse, wie Schwarzpulver, entstehenden Verbrennungsprodukt'^ zu vorwenden. Beispielsweise ist es aus der US-PS 3 ^50 ^M4 bekannt, eine Patrone mit Schwarzpulver in einer Kammsr mit einer Flüssigkeit, wie Diehlordifluor-Kiethan (Freon 12), flüssigem Propan und festen Äthylalkohol oder dgl., anzuordnen und das Pulver zur Explosion zu bringen, um die Flüssigkeit zu verdampfen. Aus der US-PS 3 532 358 ist eine Aufblasvorrichtung für ein Schutzkissen bekannt, bei der eine Anzahl Taschen mit Schwarzpulver gefüllt und nacheinander gezündet werden, um das Aufblasgas zu liefern. Eine ähnliche Vorrichtung ist in der US-PS 3 532 Yf) beschrieben. Gemäß dieser US--PS werden einige Ladungen Schwarzpulver nacheinander gezündet, und die dabei entstehenden Verbrennungsgase strömen durch ein sublimierbarcs, verdampfbares oder zersetzliches Material, das Wärme zu absorbieren vermag, wie Ammoniumcarbonat.

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Aus einer Anzahl weiterer Patentschriften sind Gaserzeugungssysteme für andere Anwendungsgebiete bekannt. Beispielsweise ist aus der US-PS 2 98I 616 eine Masse bekannt, die aus verschiedenen Aziden, wie Natriurnazid, Lithiuinazid usw., und verschiedenen oxydierenden Verbindungen, wie Kaliumperchlorat, Kaliumperoxyd usw., besteht und mit der ein Gasgemisch -erzeugt werden kann, um einen flüssigen Brennstoff in einer Rakete unter Druck zu setzen. Eine ähnliche, aus einem Aaid (Hatriuraazid oder Kaliurnazid), einem Metall (Aluminium, Titanium usw.) und einem Oxydationsmittel (beispielsweise Kaliurnperrnanganat, Bariumnitrat usw. ) bestehende Masse ist in der "US-PS 3 122 Ηβ2 beschrieben. Diese Masse wird jedoch in der Pyrotechnik und nicht zur Erzeugung eines Aufblasmediums verwendet. Die US-PS 2 930 103 beschreibt die :Verwendung eines brennbaren Pulvers zur Verdampfung einer Flüssigkeit, wie Ammoniak, beispielsweise um eine Batterie zu aktivieren. Die US-PS 3 558 785 zeigt einen als Treibmittel verwendeten Gasgenerator, bei dem eine Ladung aus Nitrozellulose und Kitroglyzerin gezündet wird, um ein Gasgemisch zu erzeugen, das seinerseits durch ein Aktivkohle-•bett strömt. Der Wasserdampf in dem Gasgemisch reagiert unter Bildung von CO und Hg. Das gebildete Gasgemisch strömt dann in. eine Ammoniumcarbonat enthaltende Kammer, so daß COp und NIIv erzeugt wird. Ändere einschlägige Patentschriften sind die US-PS 951 I35, 3 ^21 860, 2 779 281, 3 V-IG 017, 3 305 319 und 3 515 518.

Keine der bekannten Vorrichtungen und Massen eignet sich aber für den Zweck der Erfindung, d.h. für ein Stoßdämmungssystem, wo das Aufblasmedivm wenigstens teilweise aus den Produkten einer chemischen Urnsetzung besteht. Erstens muß, damit das aufblasbare Kissen bei einem Unfall genügenden Schutz bietet, das Aufblasen, sehr rasch, d.h. in etwa 20 Millisekunden, erfolgen. Andererseits darf aber die Ein- „ führung von Gasen in das Kissen nicht explosionsartig er-

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folgen. Nicht nur könnte eine explosive Reaktion zur Folge haben, daß das Kissen einer Person einen solchen Stoß.versetzt, daß sie schweren Schaden erleidet, sondern das Kissen könnte auch reißen und damit seine Schutzwirkung verlieren. Wenn einer der Mitfahrer, beispielsweise ein Kind, sich gerade gegen das Armaturenbrett lehnt, wenn das Kissen aufgeblasen wird, so würde eine explosionsartige Ausdehnung des Kissens von dem Armaturenbrett aus das Kind mit solcher Heftigkeit gegen den Autositz schleudern, daß wiederum die Gefahr einer Verletzung besteht.

Das schwerwiegendste Problem liegt aber darin, daß das der Stoßdämmung dienende Aufblassystem gemäß der Erfindung in einem Bⁿahrzeug, in dem sich Menschen befinden, verwendet wird. Da bei vielen Stoßdämmungssystemen Gas aus dem Schutzkissen ins Wageninnere abgegeben wird, um eine starke Rückprallwirkung des Kissens, durch die der Fahrer oder Mitfahrer auf den Sitz zurückgeschleudert werden könnte, zu verhindern und weil immer die Möglichkeit besteht, daß das Kissen bei dem Aufprall reißt oder aufplatzt, dürfen die Aufblasgase selbst keine schädigenden Wirkungen auf die Insassen des Autos haben. Da dieser Forderung genügt werden muß, scheiden von vornherein eine große Anzahl gaserzeugender Massen, die als eines der Verbrennungsprodukte Kohlenmonoxyd erzeugen, oder andere Massen, die mehr als Spurenmengen giftiger Produkte, wie HCN, HCl, HF.. NOg usw., erzeugen, aus. Einige der bekannten gaserzeugenden Systeme erzeugen auch gasförmige Verbrennungsprodukte, die selbst zu heiß sind und entweder das Kissen verbrennen und bzw. oder Verbrennungen bei dem Insassen des Autos, der sich, wenn das Kissen reißt, neben dem'Kissen befindet, verursachen würden.

Auch diejenigen Systeme, bei denen ein sublimierbares, verdampfbares oder sich zersetzendes Material verwendet wird, um die VerbrennungBgase zu kühlen und weiteres Gas zu erzeugen,

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sind bei einem Fahrzeug, in dem sich Menschen befinden, nicht anwendbar. Beispielsweise muß das Kühlmittel selbst wegen der Feuergefahr bei einem Unfall nicht-entzündlich sein, wodurch sofort Propangas, Alkohole usw. ausscheiden, und darf selbst keine Verbrennungen hervorrufen, wodurch die Verwendung von Wasser als verdampfbares Kühlmittel äußerst problematisch wird. Ein weiteres Problem ist die Verträglichkeit. Beispielsweise kann es bei Verwendung eines flüssigen Halogenkohlenstoffs, wie Freon, als verdampfende Flüssigkeit, zur Erzeugung von Phosgen (COClp), das schon in Mengen von 2 ppm schädlich ist, und möglicherweise anderer giftiger Produkte kommen.

Ein weiteres Problem ist das Herzversagen. Manche Chemikalien können, wenn sie unter normalen Umständen vom Menschen eingeatmet werden, weitgehend ungefährlich seih, in einer Schocksituation, wie einem Autounfall, aber das Herz einer Person für eine solche Zeit zum Stillstand bringen, daß der Tod verursacht wird.

Bei denjenigen der bekannten Aufblassysteme, bei denen Schwarzpulver für die Gaserzeugung verwendet wird (US-PS 3 450 414, 3 532 358 und 3 532 359), treten einige dieser Probleme auf. Zunächst ist die Ba]listik von Schwarzpulver derart, daß es schwierig wenn nicht praktisch unmöglich ist, die Verbrennung in der erforderlichen Weise zu steuern. Außerdem sind einige Zersetzungsprodukte von Schwarzpulver für den Zweck der Erfindung unzulässig (beispielsweise Stickoxyd, gewisse Schwefe!verbindungen und Kohlenmonoxid). Auch würden bei der Art der Abgase der Verbrennungsprodukte von Schwarzpulver an Freon mit ziemlicher Sicherheit Phosgen in schädlichen Mengen und andere gifte Produkte erzeugt werden.

Bei denjenigen bekannten Systemen, bei denen eine neben anderen Bestandteilen Natriumazid enthaltende Rezeptur verwen-

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det wird (US-PS 2 981 616 und 3 122 462), wird neben anderen Verbrennungsprodukten Stickstoff erzeugt. Jedoch geht aus diesen Patentschriften nicht hervor, in welcher Weise solche Mittel für die Stoßdämpfung geeignet gemacht werden können, insbesondere wenn Menschen gegen Stöße gesichert werden sollen, ohne daß zumindest einige der oben angegebenen Probleme auftreten.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, eine Masse und ein Verfahren zur Stoßdämmung durch rasches und gesteuertes Aufblasen eines Schutzkissens. Der Aufblasmechanismus weist wenigstens eine gaserzeugende Einheit (und gernäß der bevorzugten AusfUhrungsform mehrere solche Einheiten) auf, die das Äufblasgas rasch und in gesteuerter Weise liefern.

Jede Aufblaseinheit ist so aufgebaut, daß sie eine erste Verbrennungskammer oder -zone, die eine stickstofferzeugende .Masse, insbesondere eine im wesentlichen aus einem Azid (bei-

bestehenae,

spielsweise Natriumazid)/und einen zweiten Bestandteil, der damit umzusetzen ist, vorzugsweise ein Oxydationsmittel (beispielsweise Kaliumperchlorat) enthält, umschließt. Bei der Verbrennung gibt diese Masse über eine sehr kurze Zeit von beispielsweise 20 bis j50 Millisekunden laufend ein Gasgemisch ab. Die Verbrennungsprodukte enthalten neben anderen Verbrennungsprodukten, wie Natriumoxyd und metallischem Natrium, hauptsächlich freien Stickstoff. Der ersten Verbrennungskammer ist eine zweite Reaktionskammer oder -zone nachgesohaltet, die eine Masse, die mit den unerwünschten Bestandteilen des Gasgemisches reagieren und den Stickstoff hindurchtreten lassen soll, enthält. Die Masse in der zweiten Kammer enthält in der bevorzugten Ausführungsform ein saures Oxyd (beispielsweise Kupferoxyd, Boroxyd, Silioiumoxyd oder Alurnlniumoxyd) und in manchen Fällen einen Bestandteil, wie Aktivkohle, der mit freiem Natrium reagiert. Zweckmäßig erfolgt in dieser zweiten Reaktionskammer auch ein-.mechanlsches Abfiltern und Auskonden-

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sieren der unerwünschten Bestandteile.

Der zweiten Reaktionskammer ist eine dritte. Kühl- und Verdampfungskammer oder -zone nachgesehaltet. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform enthält diese Kühlkammer eine kühlende und verdampfende Flüssigkeit, wie einen flüssigen Halogenkohlenstoff (beispielsweise Preon). Das aus der zweiten Reaktionskammer austretende Gas (vorwiegend Stickstoff) strömt in die Kühlkammer, so daß das flüssige Kühlmittel versprüht und verdampft wird. Wie in der oben erwähnten US-Patentanmeldung Serial No. 84 267 beschrieben, v/erden in der bevorzugten Ausführungsform die Gase aus der Brennkammer durch eine Düse in die Kühlkammer geführt, so daß während der Dauer des Brennens der Masse der ersten Kammer stetig Kühlmittel mitgerissen und an einer Stelle außerhalb der Kühlkammer in dem Gasstrom verdampft wird.

Die gaserzeugende Masse enthält ein Azid, das ein Alkaliazid, ein Erdalkaliazid oder ein Gemisch davon sein kann. Vorzugsweise wird ein Natriumazid verwendet. Das Oxydationsmittel kann ein Metallperchlorat, ein Metallchlorat, ein Chlorkohlenstoff, ein Metallchlorid oder ein Gemisch davon sein. Weniger erwünscht ist es ,'j.edoch, ein Kohlenstoff enthaltendes Oxydationsmittel zusammen mit einem Sauerstoff enthaltenden Oxydationsmittel zu verwenden, weil dann die Möglichkeit besteht, daß eine unerwünschte Menge an Kohlenmonoxyd als "einem der Verbrennungprodukte erzeugt wird. Das bevorzugte Oxydationsmittel ist Kaliumperchlorat.

Das bevorzugte Kühlmittel ist ein flüssiger Halogenkohlenstoff und vorzugsweise Perfluorcyclobutan (C^^Fg) oder Perfluordimethylcyclobutan (C^₂)' ^Keine dieser beiden Verbindungen ist, soweit der Anmelderin bekannt ist, wenn sie in Gasform in den Konzentrationen, die typisch für die Anwendung der Erfindung zur Stoßdämmung sind, vorn Menschen eingeatmet werden, schädlich.

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In den Zeichnungen ist:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht des Systems gemäß der Erfindung mit dem nicht aufgeblasenen Kissen,

Figur 2 eine perspektivische Ansicht des Systems mit dem aufgeblasenen Kissen,

Figur j5 ein Längsschnitt durch eine gaserzeugende Einheit gemäß der Erfindung,

Figur 4 eine graphische Darstellung der erzeugten Wärme bei Variieren der Mengenanteile an Natriumazid und Kaliumperchlorat in der Masse in der Verbrennungskammer und

Figur 5 eine graphische Darstellung gleich derjenigen von Figur 4, die die Menge an Gas, die bei Variieren der Mengenanteile dieser Masse erzeugt wird, veranschaulicht.

Im folgenden sollen zunächst das Gesamtsystem gemäß der Erfindung und sein Betrieb und dann die einzelnen Bestandteile dieses Systems im einzelnen beschrieben-werden.

A. Gesamtsystem

Gemäß Figur 1 ist die Stoßdärniriungsvorrichtung 10 gemäß der Erfindung an der Lenksäule 12 eines Autos 14 mit einem Lenkrad 16 und einem Armaturenbrett 18 befestigt. Die Vorrichtung 10 weist ein aufblasbares Kissen 20 auf, das in Figur 1 in nicht-aufg-eblasener Stellung, in der es in geeigneter Weise, d.h. akkordeonartig, zusammengefaltet ist, gezeigt ist. Es ist in einer kreisförmigen Halterung 22, in der eine gaserzeugende Vorrichtung 24, die mit dem Inneren des Kissens 20 in Verbindung steht, untergebracht ist, befestigt.

Die gaserzeugende Vorrichtung 24 besteht aus wenigstens einer gaserzeugenden Einheit 26 und zweckmäßig aus mehreren

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oder einem Bündel solcher Einheiten. Gemäß der Zeichnung sind sechs solche Einheiten 26 in hexagonaler Anordnung am Kopf der Lenksäule 12 angeordnet. Diese Einheiten 26 sind so angeordnet, daß sie die von ihnen erzeugten Aufblasgase nach hinten in das Kissen/abgeben, so daß dieses sich vorn Kopf der Lenksäule 12 nach hinten ausdehnt, wie durch Figur 2 veranschaulicht, und ein Schutzpolster bildet.

Eine der gaserzeugenden Einheiten 26 ist in Figur 3 veranschaulicht. Sie weist eine erste Verbrennungskammer oder -zone 30* eine zweite Reaktionskamin er oder -zone 32 und eine Kühl- und Verdampfungskammer oder -zone 34 auf. Wie gezeigt, weist die Kühlmittelverdampfungskamrner 34 eine zylindrische Seitenwand 35* eine flache kreisförmige Scheibe ~j>6 an ihrem Austrittsende und eine Grundplatte 38, die als einstückig mit der Seitenwand 35 ausgebildet gezeigt ist, auf. Die Scheibe 36" ist mittels eines Ringes 40, der in einer am, Austrittsende der Seitenwand 35 ausgebildeten kreisförmigen Nut 42 liegt, an der Seitenwand befestigt.

Die zweite Reaktionskammer 32 wird durch die Grundplatte 38 und ein neben dieser liegendes Sieb 44, einer zylindrischen Seitenwand 46 und einem dem ersten Sieb 44 gegenüberliegendes Sieb 48 begrenzt. Die Seitenwand 46 ist zweckmäßig einstückig mit einer Montierungsplatte 50, durch die einige Einheiten 26 zu einem Bündel miteinander verbunden und an der Halterung 22 an der Lenksäule 12 befestigt sind, ausgebildet. Die erste Verbrennungskammer 30 ist durch das Sieb 48 und eine halbkugelförrnige Grundplatte 52, die einstückig mit der Seitenwand *l6 ausgebildet ist, begrenzt.

In der ersten oder Verbrennungskammer 30 ist eine Ladung aus einer ersten, gaserzeugenden Masse, die im folgenden im einzelnen beschrieben wird, in der Form von Pellets 54 angeordnet. Am rückwärtigen Ende dieser Ladung 54 befindet sich ein Zünder

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mit einem Paar Zuleitungen 58, die mit einer geeigneten Spannungsquclle in Verbindung, stehen, so daß sie die Zündung der gaserzeugenden Masse ^h bewirken können. Die Betätigung des Zünders erfolgt durch einen geeigneten Stoßfühler, wie einen Inertialsehalter.

In der zweiten oder Reaktionskammer befindet sich eine Ladung aus einer zweiten Masse 62, die in der Form kleiner Pellets oder in anderer Form, die den Durchtritt von Gasen zuläßt, vorliegt. An beiden Enden der Masse 62 ist eine Lage Stahlwolle Gh bzw. 66 angeordnet, die nicht nur die ^Ladung zusammenhalten, sondern auch als mechanisches Filter wirken.

in der Mitte der Platte 38, die die zweite oder Reaktionskarnrner .32 von der Kühlmittel- und Verdampfungskammer Jh trennt, befindet sich eine Austrittsdüse 68, die aus der Kammer 32 in die Kühlmittel- und Verdampfungskammer 32 führt. Diese Düse 68 ist durch eine Scheibe 70 abgedeckt. In der Kühlmittel- und Verdampfungskammer J>h befindet sich eine verdampfbare Flüssigkeit, beispielsweise ein flüssiger Halogenkohlenstoff, wie Freon.

Im Falle eines plötzlichen Zusammenstoßes wird jeder der Zünder 56 in den einzelnen Einheiten 26 über den aktivierenden Schalter mit elektrischer Energie gespeist. Jeder Zünder 56 verursacht die Verbrennung der zugehörigen gaserzeugenden Pellets 56, so daß für eine kurze Zeit von beispielsweise 20 bis 30 Millisekunden laufend Verbrennungsgase erzeugt werden. Wie im folgenden näher beschrieben, enthalten die von der Masse $h erzeugten Gase freien Stickstoff und andere Verbrennungsprodukte. Diese Gase strömen durch das Sieb 48 und das Stahlwolle?ilter 6h in die zweite oder Reaktionskammer 32, in der die unerwünschten I Verbrennungsprodukte aus dem Gasgemisch entfernt werden, wie im folgenden beschrieben, während der freie Stickstoff durchtritt. Durch den Gasdruck wird die Scheibe 70 zerstört und der Stickstoff strömt durch die Austrittsdüse 68 in die Kühlmittcl- und Verdampfungskammer Jh.

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Die Art, in der der Stickstoff das flüssige Kühlmittel in der Kammer Jk zunächst versprüht und dann verdampft ist genauer in der oben erwähnten US-Patentanmeldung Serial No. 84 267 beschrieben. Im allgemeinen strömt der Stickstoff in etwa der ersten. Millisekunde in die Kühlmittelkammer 32 und versprüht dabei das flüssige Kühlmittel zu Tröpfchen und zerreißt die Scheibe 36, wonach die Kühlrni ttel tropf chen beginnen, sich ins Innere des Kissens 20 zu bewegen. Nach einigen wenigen Millisekunden bildet der Gasstrom aus der Düse 68 einen zentralen Strömungsweg diArch die versprühten Tröpfchen aus dem Kühlmittel und reißt diese Tröpfchen in sich hinein, so daß ein verhältnismäßig kühles Gasgemisch, daß das Kissen 20 im gesteuerter Vieise" aufbläst, gebildet wird.

Die Anordnung der ersten oder Verbrennungskammer 30, der zweiten oder Reaktionskammer 32 und der Kühlmittel- und Verdampfungskammer y\ kann natürlich modifiziert werden. Beispielsweise können diese Kammern kreisringförniig oder so angeordnet werden, daß sie sich radial nach innen oder außen entladen. Auch die Art der Strömung der Aufblasgase kann modifiziert werden, beispielsweise indem man die Gase durch eine Aspirationsvorrichtung oder eine andere Aufblasvorrichtung führt, so daß ihnen Umgebungsluft zugesetzt wird.

B. Erste, gaserzeugende Masse

Im allgemeinen enthält die erste, stickstofferzeugende Masse gemäß der Erfindung eine stickstofferzeugende Verbindung und eine zweite Verbindung, die bei der Aktivierung mit der ersten reagiert und zweckmäßig eine oxydierende Verbindung ist. Die stickstofferzeugende Verbindung ist ein Azid, beispielsweise ein Alkaliazid, ein Erdalkaliazid oder ein Gemisch davon. Das bevorzugte Azid ist Natriumazid. Das Oxydationsmittel, das mit dem Azid umgesetzt werden soll, kann ein Metallperchlorat, (beispielsweise Kaliurnperchlorat), ein Metallchlorat

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(beispielsweise Kaliumchlorat), ein Chlorkohlenstoff (beispielsweise CgCIg), ein Metallchlorid (beispielsweise Kaliumchlorid oder Magnesiumchlorid) oder ein Metallperoxyd oder -supcrperoxyd (beispielsweise Kaliumperoxyd, Kaliumsuperoxyd, Natriumperoxyd usw.) oder ein Gemisch davon sein. Es ist jedoch nicht erwünscht, Oxydationsmittel, die sowohl Kohlenstoff als auch Sauerstoff enthalten, miteinander zu kombinieren, weil dann die Möglichkeit der Erzeugung von Kohlenmonoxyd besteht. Möglicherweise können auch anorganische Nitrate, wie NIkNO-,, KNO-, oder Mg(NO-,)p verwendet v/erden, sind aber weniger erwünscht, weil bei ihrer Verwendung leicht Stickoxyd erzeugt werden kann. Das bevorzugte Oxydationsmittel ist Kaliumperchlorat. Aber auch CgCIg, Kalziumchlorid und Kaliumchlorat haben sich als zufriedenstellende Oxydationsmittel in dem System gemäß der Erfindung erwiesen. Auch können der Masse geringe Mengen an Metallpulver, wie pulverförmiger!! Aluminium, zugesetzt werden, um mit einem kleinen Teil des Stickstoffs zu reagieren und der Umsetzung Wärme zuzuführen. Im allgemeinen ist aber die Umsetzung des Metalls mit dem Stickstoff in Abwesenheit eines Oxydationsmittels zu langsam, um in dem Stoßdämmungssystem gemäß der Erfindung wirksam zu sein.

Die Eigenschaften der ersten, gaserzeugenden Masse sollen im folgenden unter Bezugnahme auf Natriumazid als stickstoffliefernden Bestandteil und Kaliumperchlorat als Oxydationsmittel näher beschrieben werden. Die Umsetzung von Natriumazid und Kaliumperchlorat kann wie folgt veranschaulicht werden:

KCl 0_l{ + 8NaN₇ > KCl +

Die für den 'Ablauf dieser Umsetzung erforderlichen stöchiometrischen Mengen an beiden Bestandteilen sind 21,0.3 Gew.-^ Kaliumperchlorat und 78,97 Gew. -$> Natriumazid. Wenn, ein Überschuß an Kaliumperchlorat verwendet wird, so bildet sich noch eine ge-

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wisse Menge an freiem Sauerstoff als eines der Verbrennungsprodukte. Wenn die Masse dagegen einen Überschuß an Natriumazid enthält, so bildet sich eine gewisse Menge an metallischem Natrium in Gasform oder als Flüssigkeit zusammen mit weiterem freiein Stickstoff.

Die Eigenschaften dieser Masse hinsichtlich der Gaserzeugung sind durch die graphischen Aufzeichnungen der Figuren 4 und 5 veranschaulicht. Wie aus Figur k zu ersehen, wird eine maximale Wärmemenge in Kalorien je Gramm Masse erzielt, wenn die Bestandteile in stb'chiometrischer Menge vorliegen. Wenn die Masse jedoch einen Überschuß an Natriumazid, d.h. mehr als 78*97$" Natriumazid aufweist, sinkt die durch die Masse erzeugte Wärme steil ab. Mit 90$ Natriumazid beispielsweise beträgt die erzeugte Wärmemenge fast nur die Hälfte derjenigen, die bei Verwendung der stöchiometrischen Menge erzeugt wird.

Die Aufzeichnung von Figur 5 veranschaulicht die von der Masse erzeugte Gasmenge in Mol Gas je 100 g Masse. VJenn die Masse mehr Natriumazid als die stöchiometrische Menge enthält, wird die je Einheit Masse erzeugte Anzahl Mol Gas etwas größer. Wenn die Menge an Natriumazid auf unter die stöchiometrische Menge sinkt, enthalten die Verbrennungsgase mehr freien Sauerstoff. Das ist insofern etwas unerwünscht, als der Sauerstoff mit dem Stickstoff unter Bildung von Stickoxyden, die für den Menschen beim Einatmen schädlich sein können, reagieren kann. Es sind jedoch schon Massen, die die gleiche oder eine größere Gewiehtsmenge an Kaliumperchlorat wie an Natriumazid enthalten, verbrannt worden, und es wurden dabei nur geringe Mengen an Oxyden von Stickstoff gebildet.

Im allgemeinen ist es trotzdem vorteilhaft, mehr als die ßtöchiometrlsche Menge an Natriumazid zu verwenden, weil dann weniger Wärme erzeugt und mehr gasförmiger Stickstoff in Freiheit gesetzt wird. Außerdem wird dann weniger Natriumoxyd, das ein unerwünschtes Verbrennungsprodukt darstellt, und weniger Kalium-

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Chlorid erzeugt. Es bildet sich zwar mehr freies Natrium (statt Natriumoxyd); das freie Natrium kann aber anschließend leichter umgesetzt werden als das Natriumoxyd.

Die Zusammensetzung dieser ersten Masse aus Kaliumperchlorat und Natriumazid liegt zweckmäßig in dem Bereich von etwa 1:20 bis 2:1, bezogen auf das Gewicht. Wenn die prozentuale Menge an Natriumazid größer ist als etwa dem Bereich von 1 bis 20 entspricht, ist es schwierig, genügend Wärme zu erzeugen, um ein rasches Aufblasen des Kissens zu bewirken. Im anderen Extremfäll, d.h. bei Anwesenheit von zu viel Oxydationsmittel, besteht die Möglichkeit, daß sich Stickoxyd bildet. Der bevorzugte Zusammensetzungsbereich ist etwa 1:10 bis 1:1, bezogen auf das Gewicht. Mit einer Zusammensetzung von 90,£ Natriumazid und 10$ Kallumperchlorat sind sehr zufriedenstellende Ergebnisse erzielt worden.

In manchen Fällen ist es erwünscht, der ersten Masse eine Wärmequelle zuzusetzen, damit die Verbrennung stetig erfolgt. Eine solche Wärmequelle hat die Eigenschaft, daß sie selbst keine große Menge an gasförmigen Verbrennungsprodukten bildet und unabhängig von Druokvariatlonen in der Verbrennungskammer mit praktisch gleichmäßiger Geschwindigkeit verbrennt. ■ Eine geeignete solche Wärmequelle besteht aus Pellets von etwa 0,03 g aus 18 Gew.-^ Bor und 82 Gew.-^ Kaliumnitrat. Solche Pellets sind in Figur j5 mit der Bezugszahl 72 bezeichnet.

C. Zwe i t e, Reak11onsmasse

Die Funktion der Masse in der zweiten oder Reaktionskammer ist es, den Stickstoff hindurch und in die Kühlmittel- und Verdampfungskammer eintreten zu lassen, während gleichzeitig unerwünschte Bestandteile des Gasgemisches durch Umsetzen entfernt werden. Die genaue Zusammensetzung dieser Masse hängt natürlich von der Art der ersten Masse in der Verbrennungskammer ab. Im allgemeinen sind die Verbrennungsprodukte aus der ersten Kammer, die in der zweiton Kammer umgesetzt werden sollen,» ein

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Metalloxyd, das aus dem Azid entsteht, und etwas freies Metall aus dem Azid> wenn die Verbrennungsmasse reich an Azid ist. Die zweite oder Reaktionsmasse wird im folgenden unter Bezugnahme auf die bevorzugte Verbrennungsmasse, beispielsweise aus Natriumazid und Kaliumperchlorat, besprochen.

Wie oben erwähnt, sind die Hauptverbrennungsprodukte, wenn Natriumazld und Kaliumperchlorat in stöchiometrischen Mengenverhältnissen anwesend sind, Stickstoff, Natriumoxyd und Kaliumperchlorate Das Natriumoxyd ist auc zwei Gründen unerwünscht. Erstem.; reagiert es mit dem Preon in der Kühlmittelkammer wie folgt: . ^N

2Na₂O + C₂Cl₂P^ > CO(Cl oder P)₂ + CO + 4Na(Cl oder P)

Wie oben erwähnt, ist die Anwesenheit von Phosgen (COCl₂) oder Fluorphosgen (C0P_?) und Kohlenmonoxyd unerwünscht. Zweitens ist aber Natriuraoxyd selbst für den Menschen schädlich, wenn er es einatmet, und sollte daher in dem Schutzkissen gemäß der Erfindung nicht anwesend sein.

Wenn die Masse in der ersten oder Verbrennungskammer reich an Azid ist, so wird als eines der Verbrennungsprodukte auch freies Natrium erzeugt. Das Natrium greift das Freon an und zersetzt es und führt zur Bildung schädlicher Verbrennungsprodukte. Außerdem kann natürlich freies Natrium in dem Schutzkissen schädlich sein, wenn es vom Menschen eingeatmet wird.

Unabhängig von dem Mengenverhältnis von Kali urn per chlorat und Natriumazid muß daher die Masse in der zweiten oder Reaktionskammer einen oder mehrere Bestandteile, die mit dem Metalloxyd, d.h.· Na₂O, reagieren, enthalten. Es wurde gefunden, daß sich ein saures Oxyd, .wie Siliciumoxyd, Boroxyd, Guprioxyd oder Aluminiumoxyd, für diesen Zweck eignet.

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Wenn Siliciumoxyd verwendet wird, so wird es in der Form von Silikagel, Sand oder zerstoßenem Glas verwendet. Natriumoxyd reagiert mit dem Siliciumdioxyd *d.e folgt:

Na₂O + SiO₂ > Na₂SiO, (Natriummetasilikat)

Diese Gleichung ist eine vereinfachte Wiedergabe der tatsächlich erfolgenden chemischen Umsetzungen, da Silikagel nicht einfach aus SiOp besteht, sondern auch Hydroxylgruppen, Wasser und andere Verunreinigungen enthält. Auch können sich Natriumoxyd,und Siliciumdioxyd in anderen Verhältnissen unter Bildung anderer, weniger genau definierter Silikate miteinander verbinden.

Da Natriummetasilikat (Na₂SiO₇) einen niedrigeren Schmelzpunkt (1^β2°Κ) als Siliciumdioxyd hat, kann es durch die Bildung von Na₂SiO-, zur Ausbildung einer Schmelze auf der Silikageloberfläche kommen. Das glasige Aussehen des Silikagels, das in manchen Versuchen, bei denen Siliciumdioxyd als Hauptkomponente der zweiten oder Reaktionsmasse verwendet wurde, bemerkt wurde, ist vermutlich dem geschmolzenen Na₂SiO-, zuzuschreiben. Es ist anzunehmen, daß diese geschmolzene Oberfläche auch die Trennung nicht-reaktiver Teilchen begünstigt, indem sie diese in der klebrigen Oberflächenschicht abfängt.

Vermutlich kondensiert ein beträchtlicher Teil des Natriums an den kälteren Flächen des" SiTikageis, während ein größerer Teil davon durch Umsetzen mit dem Silikagel entfernt wird. Diese "Umsetzung ist vermutlich hauptsächlich eine Umsetzung zwischen Natrium und den Hydroxylgruppen und Wasser, die an die sehr poröse Oberfläche des Silikagels gebunden sind. Dies wird durch die folgenden Reaktionsgleichungen veranschaulicht:

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2Na + H₂O — > Na₂O +

Na + (-Si - OH) > -Si-O-Na + 1/2H

Daß diese Reaktionen tatsächlich ablaufe/h, ergibt sich aus der Anwesenheit von Wasserstoff in den austretenden Produkten. Bei der Umsetzung gebildetes Natriumoxyd würde fest oder teilweise flüssig sein, je nachdem, welche Temperatur das Treibmittel
aus der Verbrennungskammer hat. Theoretisch reagiert das bei
dieser Temperatur erzeugte Natriumoxyd rasch mit dem Silikagel gemäß der obigen Gleichung unter Bildung von Natriummetasilikat, Wenn Boroxyd (BqO-z) verwendet wird, so wird es in der Form von . Perlen, unregelmäßig geformten Granalien oder als Niederschlag axt einem Träger, wie Aluminiumoxyd oder zerstoßenen Ziegeln,
verwendet.

Das Metalloxyd, d.h. Na₂O, löst sich in dem Boroxyd und reagiert 'mit diesem in einem weiten Zusammensetzungsbereich. Die molare Menge von Na₂O in BgO-, kann von 0 bis 50 Mol-$ oder darüber
variieren.

Wenn 1 Mol Na₂O sich mit 2 Mol B₂O, verbindet, so bildet sich
Natriumtetraborat, wie sich aus der folgenden Reaktionsgleichung ergibt:

Na₂O

Wenn bei der Umsetzung 1 Mol Na^O mit 1 Mol B_g0-, reagiert,
so bildet sich Natriummetaborat:

Na₂O + B₂O₅ - > 2NaBO₂

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Tatsächlich ist das Verhältnis von Natriumoxyd zu Boroxyd natürlich nicht genau definierbar, und es bildet sich ein Boratglas.

Die Tatsache, daß Metalloxyde sich in Boroxyd und Slliciumdioxyd in verschiedenen Mengen lösen, ist theoretisch ein ausgesprochener Vorteil der Erfindung, da eine Oberflächenschicht eine weitere Umsetzung nicht verhindern, sondern nur in die Teilchen hineindiffundieren würde.

Obwohl dies nicht klar erwiesen ist, ist auch anzunehmen, daß Borsäure (Η-,ΒΟ·,) sich ebenso wie BgO-,, das Anhydrid der Borsäure, verhalten würde. ·

Es wurde auch gefunden, daß das Boroxyd zweckmäßig als Dispersion auf einem festen Träger und zu einer festen, porösen Masse zusammengesintert verwendet werden kann. Wenn es in dieser Form verwendet wird, wird das gepulverte B₂O-/ mit dem festen Träger, der Aluminiumoxyd, zerstoßener Ziegelstein oder ein anderes Material, das bei den'zum Sintern angewandten Temperaturen nicht schmilzt, sein kann, vermischt, und das Gemisch wird auf etwa 400 bis 800°C erhitzt. Dann v/lrd das heiße Gemisch in eine Form eingebracht und von Hand gepackt oder mittels einer hydraulischen Presse zu einer höheren Dichte komprimiert. Alternativ kann das heiße Gemisch gekühlt und dann zerstoßen und in eine Form eingebracht und diese dann auf 400 bis 800^pC erhitzt werden. Dabei wird eine sehr feste monolithische Struktur erhalten, die Vorteile bei Vibrationen, beim Zusammenfügen und hinsichtlich der Strukturfestigkeit bietet.

Wenn in der zweiten oder Reaktionsmasse Cuprioxyd (CuO) verwendet wird, so reagiert dieses wie folgt mit Natriumoxyd:

Na₀O '+ CuO ) Na₀CuO₀

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152 899

Bei den durchgeführten Versuchen wurde Kupferoxyd in Drahtform verwendet. Es konnte-jedoch, auch in anderer Form, beispielsweise als Niederschlag auf einem Träger, verwendet werden. Nach Brennen würde das Kupferoxyd durch metallisches Natrium bzw, Natriumoxyd vollständig in metallisches Kupfer bzw. Natriumcuprit umgewandelt werden, Die Reaktion von Cuprioxyd und metallischem Natrium erfolgt nach der folgenden Reaktionsgleichung:

2Na

CuO

■} Cu + Na₂O

Wenn Aluminiumoxyd (AIgO,) als ein Bestandteil in der zweiten oder Reaktionsmasse verwendet wird, so wird es vorzugsweise in der Form eines Bettes aus aktiviertem Aluminiurnoxyd verwendet. Aluminiumoxyd ist vermutlich ein sehr wir.

meta

_pes ,chemisches

sches Filter für Natriumoxyd und weniger für/Natrium, obwohl Natrium bei erhöhten Temperaturen mit dem Aluminiumoxyd reagiert. In den durchgeführten Versuchen wurde durch Extraktion des Filterbettes mit Wasser festgestellt, daß eine beträchtliche chemische Umsetzung von Natriumoxyd mit dem Aluminiumoxyd erfolgt war. Die wäßrige Lösung wurde angesäuert, wodurch Aluminiumhydroxyd ausfiel, das durch Umsetzung mit Natriumoxyd in ein lösliches Aluminat übergeführt war. Die Reaktionen sind:

oder	+	Al₂O₃	^>	2Na₃AlO₃
Na₂O	+	Al₂O₃		2NaAlO₂
		H₂O	t	♦ AlO₃-?
^a3			3Na⁺	Al(OH)₃
AlO "	+ 3H⁺	ν
T

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to

NaAlOp = > Na⁺ + AlO₀ "(oder H

+ ^H2°
AlO₂ + H⁺ + —£

Es wurde gefunden, daß es sehr zweckmäßig ist, außer dem sauren Oxyd in der zweiten Masse noch Aktivkohle zu verwenden, um das metallische Natrium bei hohen Temperaturen zu Natriumcarbid umzusetzen. D.h. wenn die Masse in der ersten oder Verbrennungskammer reich an Azid ist (d.h. mehr als die stochiometrische Menge an Natriumazid enthält), ist es sehr erwünscht, der Masse in der zweiten Kammer Kohlenstoff in der Form von Aktivkohle zuzusetzen. Kohlenstoff und saures Oxyd können miteinander vermischt oder in getrennten Schichten in der Reaktionskammer angeordnet werden.

D. Verdampfungs- und Kühlmasse

Die Funktion der Kühl- und Verdampfungsinasse in der Kammer Jh besteht, wie der Name besagt, darin, die gasförmigen Produkte aus der zweiten Verbrennungskammer aufzunehmen und

(a) diese Gase zu kühlen und

(b) eine Verdampfung herbeizuführen, so daß weiteres Gas unter Bildung eines Gasgemisches von erhöhtem Volumen gebildet wird.

Hierfür können grundsätzlich eine große Anzahl von Verbindungen, die unter Bildung eines Gases verdampfen oder sublimieren, verwendet werden. Wie oben erwähnt, muß aber das Gas, um in einem bemannten Fahrzeug in einem Stoßäärnmungssystem verwendet werden zu können, vom Menschen eingeatmet werden können, darf nicht entzündlich, nicht ätzend und auch sonst nicht schädlich für Menschen sein.

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Flüssige Halogenkohlenstoffe haben sich als sehr gut als Kühl- und Verdampfungsmittel erwiesen. Insbesondere wurde gefunden, daß Perfluorcyclobutan und Perfluordimethylcyclobutan gut verwendbar sind. Wie oben erwähnt, ist es wesentlich, daß die aus der zweiten oder Reaktionskammer austretenden Gase keine Produkte (beispielsweise Natrium oder Natriumoxyd) enthalten, die den Halogenkohlenstoff unter Bildung von Phosgen und/oder Kohlenmonoxyd zersetzen. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, dem Kühlmittel eine schwache Säure (beispielsweise 2-A'thylhexansäure) zuzusetzen, um unerwünschte Produkte (beispielsweise freies Natrium), die die zweite Kammer durchsetzen können, ausreagieren zu 'lassen. Außerdem sollen die in den Halogenkohlenstoff in der Kammer eintretenden Gase nicht zu heiß (beispielsweise 1093⁰C, 2000⁰F) sein, da andernfalls eine Zersetzung des iialogenkohlenstoffs erfolgen kann. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß die zweite oder Reaktionsmasse eine Kühlwirkung auf die Gase aus der ersten oder Verbrennungskammer hat.

Es können Jedoch natürlich auch andere Massen verwendet werden, die den obigen Anforderungen hinsichtlich einer. Verträglichkeit für den Menschen genügen. Außerdem ist die Verdampfungswirkung zwar erwünscht, jedoch nicht absolut notwendig, d.h. es können auch Mittel verwendet werden, die eine KUhlwirkung ausüben, ohne den aus der zweiten Kammer austretenden Produkten weiteras Gas zuzuführen. Beispielsweise kann ein Material von hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet werden, um Wärme von den gasförmigen Produkten aus der zweiten oder Reaktionskammer zu absorbieren, ohne selbst Gas zu liefern.

In manchen Fällen ist es sogar nicht einmal notwendig, die Gase au;:; dor zweiten oder Reaktionskammer zu kühlen. Das ist beispielsweise der Fall, wenn die Umsetzung in der zweiten oder Reaktionskammer zusammen mit der Wärmeabsorption durch die Mfuj".ο in dieser zweiten Kammer derart sind, daß das aus dieser Kammer austretende Gasgemisch bereits bei ausreichend niedriger

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Temperatur vorliegt oder bei ihrer Verwendung die höhere Austrittstemperatur zulässig ist.

Beispiel 1

Zur Herstellung der ersten Reaktionsmasse wurde ein Gemisch aus Kaliumperchlorat und Natriumazid wie folgt hergestellt: Kaliumperchlorat (reagent grade, mindestens 99>5# KClOu) mit einer Teilchengröße von etwa 10μ wurde verwendet, um die gewünschte Brenngeschwindigkeit zu erzielen. Das Kaliumperchlorat wurde in einem Mikro-Pulverizer unter Verwendung von zwei Durchgängen bei 12 100 Upm auf diese Teilchengröße vermählen. Das pulverisierte Kaliumperchlorat wurde trocken gehalten und unmittelbar vor seiner Verwendung noch zwei Stunden bei 110T getrocknet.

Das verwendete Natriumazid war "J.T. Baker - "practical" grade". Um die gewünschte Brenngeschwindigkeit zu erzielen, wurde das Azid in einem Mörser zu einem feinen Pulver mit einer Teilchengröße unter 0,701 mm (all passed through a Tyler No. 24 screen), wovon 85$ eine Teilchengröße unter 0,246 mm (passed through a Tyler No. 60 screen) hatten, vermählen. In späteren Versuchen wurde Natriumazid mit einer Reinheit von mindestens 99$ und einer Teilchengröße von 0,05 bis 0,4 mm (0,05 to 0.4 mm mesh size) verwendet, nachdem in einem Tyler-Sieb Nr. 35 (lichte Maschenweite 0,417 mm) Klumpen entfernt worden waren. Es wurde gefunden, daß dieses gesiebte Natriumazid direkt anstelle des vermahlenen "Baker"-Natriumazids verwendet werden konnte, ohne daß die ballistischen Eigenschaften beträchtlich anders waren.

Das pulverisierte Kaliumperchlorat und das Natriumazid wurden von Hand durch Rühren für 5 bis 10 Minuten miteinander vermischt (in anderen Beispielen wurde eine Kombination von Rühren und Schütteln der Pulver in geschlossenen Behältern zum Vermischen angewandt). Durch stetiges sorgfältiges Vor-

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ti

■mischen wurde ein einheitliches trockenes granuläres Material erhalten, das zu Pellets verpreßt werden konnte. Das Gemisch enthielt 90 Gew.-^ Natriumazid und 10$ Kaliumperchlorat.

Das Gemisch wurde zu Pellets von je 0,2 g mit einem Durchmesser von 1,14 cm (0.45 inch) und einer Dicke, von 0,102 cm (0.040 inch) verpreßt, wofür eine zylindrische Matrize mit einem Durchmesser von 1,14 cm (0.45 inch) und eine Kraft von 2268 kg (5000 pounds) angewandt wurde und sowohl eine "Carver press" als auch eine "Stokes Model P single punch tablet press" verwendet wurden. Zwölf dieser Pellets mit einem Gesamtgewicht von 2,51 g wurden in den Boden des Gehäuses (containing structure) einer einzelnen Gaserzeugungseinheit, wie sie in Figur 3 gezeigt ist, eingebracht. Außerdem wurden neun Pellets eines Gemisches von Bor und Kaliumnitrat mit 18$ Bor und 82$ Kaliumnitrat (2R-1P-60 type pellets made by the Flare Northern Department of Atlantic Research Corporation of Sangus, California) von je 0,035 g Gewicht zwischen die zwölf Pellets aus der ersten Verbrennungsrnasse eingebracht. Das Gehäuse der Gaserzeugungseinheit hatte eine Weite von 3,56 em (1.4 inches) und eine Länge von 8,89 cm (3,5 inches).

Zur Zündung dieses Gemisches wurden ein handelsüblicher Zünder (Atlas match) und 0,7 g IP-60, (einem Pulver aus 82$ Kaliumnitrat und 18$ Bor), in einer Aluminiumfolie verpackt, um den Zündkopf herum am Boden der Gaserzeugungseinheit angeordnet.

Über diese Masse wurde ein Stahlsieb gelegt, und auf das Sieb wurde eine Schicht von 0,2 g Stahlwolle eingebracht. Dann wurden 6,0 g Silikagel (1,651 bis 3,962 min, 5 to 10 mesh) auf die Stahlwolle gelegt. Eine zweite Schicht von 0,2 g Stahl-V7olle wurde auf das Silikagel gelegt und wiederum mit einem Stahlsieb überdeckt. Über dieses letzte Sieb wurde, wie in Filgur 3 gezeigt, eine Platte und die zum Zerbersten bestimmte Scheibe gelegt. 24 g Freon (F-C318), d.h. Cj₁Fg, wurden in die

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Kammer über der Platte mit der Zerberstscheibe eingebracht und mit einem zum Zerbersten bestimmten Diaphragma bedeckt, wie in Figur 3 gezeigt.

Der Zünder wurde mit elektrischem Strom gespeist, um die Zündung zu bewirken. Die erste Masse brannte etwa 25 Millisekunden und gab dabei ihre Gase in die zweite Reaktionskammer ab, aus der die Gase wiederum in die Kühl- und Verdampfungskammer strömten und dabei ein Gasgemisch bildeten, das in einen Vakuumtank mit einem Volumen von 2,8 1 ausgebracht wurde. Die Analyse des bei dieser· Zündung gebildeten Gasgemisches ergab, daß das Freon nur geringfügig zersetzt war und kein Phosgen sich gebildet hatte.

Nach der Zündung erschien das Silikagel zusammengesintert. Die Oberflächen der einzelnen Teilchen-waren durch Umsetzung mit Natriumoxid und Bildung von Natriuinsilikat glasig geworden. Daß eine beträchtliche chemische Umsetzung zwischen dem Natrium und dem Natriurnoxyd in der zweiten Kammer erfolgt war, ergab sich aus zwei Faktoren. Das Auftreten einiger Voluin-ίί Wasserstoff in den Austrittsgasen war das Ergebnis einer, Umsetzung von Natrium mit Wasser und Hydroxylgruppen an der Oberfläche des Filtermaterial». Außerdem zeigte sich durch Bestimmen des Rückstandes nach Extraktion mit Wasser, daß Silikagel in lösliches Natriumsilikat übergeführt worden war.

Es wurua nach dem Verfahren von Beispiel 1 gearbeitet mit der Abweichung, daß 2^ g Freon in dor Verdampfungs- und Kühlkammer und 21 Pellets aus der erster) Hasse (d.h. 4,08 g) verwendet wurden. Es wurden im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erzielt wie in Beispiel 1.

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«Γ

Beispiel 3

Es wurde nach dem Verfahren von Beispiel 2 gearbeitet mit der Abweichung, daß 33 S Freon verwendet wurden. Auch in diesem Fall vcurden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt.

Beispiel 4

Zum Zwecke des Vergleichs wurde nach dera Verfahren von Beispiel 3 gearbeitet mit der Abweichung, daß die zweite oder Reaktionskammer leer gelassen wurde, so daß die Verbrennungsprodukte der ersten oder Verbrennungskammer direkt in das Preon in der Verdampfungs- und Kühlkammer strömten. Es erfolgte eine beträchtliche Zersetzung des Preors, und in den Zersetzungsprodukten wurden 36 ppm Phosgen gefunden.

Bgispifei 3

Es wurde nach dem Verfahren von Beispiel 1 gearbeitet mit der Abvreichung, daß ein Silikagel mit einer Teilchengröße von O,83J5 bis 1 j397 mm (12 to 20 mesh) verwendet wurde. Auch in diesem Pail wurden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt,

Beispiel 6

Ef3 wurde nach dem Verfahren von Beispiel 1 gearbeitet mit der Abweichung, daß anstelle des Silikagels in der zweiten oder Reaktionskammer 9>0 g aktiviertes Aluminiumoxyd (AlgO-,) und in der dritten Kammer Preon 03131(GhFo) verwendet wurden. Es wurden die gleichen zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt. Durch Extrahieren des Pilterbettes mit Wasser wurde festgestellt, daß eine beträchtliche chemische Umsetzung zwischen Natriumoxyd und Aluminiumoxyd erfolgt war, Die wäßrige Lösung wurde dann angesäuert, wobei Alutiiiniumhydroxyd ausfiel* das durch Umsetzen mit Natriumhydroxid in ein lösliches Alutninat übergeführt worden war,

Beispiel 7

Eö wurde nach dem Verfahren von Beispiel 6 gearbeitet,

, 25 -2Q9SS2/Q7&2

Es wurden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt.

Beispiel 8

Es wurde nach dem Verfahren von Beispiel 1 gearbeitet mit der Abweichung, daß die erste Masse aus 79$ Natriumazid und 21$ Kaliumperclilorat bestand. Es wurden dreizehn dieser Pellets verwendet, deren Gesamtgewicht 5j2 g betrug. Keine die Wärmeentwicklung unterhaltenden Pellets wurden verwendet. In der zweiten oder Reaktionskammer wurde Silikagel mit einer Teilchengröße von 0,833 bis 1,397 nim (12-20 mesh) verwendet. Es wurden zufriedenstellende Ergebnisse, die praktisch gleich denen der vorhergehenden Beispiele waren, erzielt.

Beispiel 9

Es wurde nach dem Verfahren von Beispiel 8 gearbeitet, jedoch wurden 24 g Freon (F-318) und 17 Pellets (6,8 g) der ersten Masse verwendet. Auch in diesem Fall wurden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt.

Beispiel 10

Es wurde nach dem Verfahren von Beispiel 9 gearbeitet mit der Abweichung, daß die erste Masse aus 75$ Natriumazid und 25$ Kaliumperchlorat bestand. 10 Pellets (4,8 g) wurden verwendet, 20 g Freon (F-C318) wurden verwandet. Auch in diesem Fall wurden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt,

Beispiel 11

Es wurde nach dem Verfahren von Beispiel 10 gearbeitet, jedoch wurden in- der ersten Reaktionsmasse nur 40$ Natriumazid und 60$ Kaliumperchlorat verwendet. Es erfolgte eine nur geringfügige Zersetzung des Freon, Kein Phosgen wurde gebildet. Eine geringe Menge an Stickoxyd wurde gebildet.

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Beispiel 12

Es wurde nach dem Verfahren von Bei&piel 1 gearbeitet mit der Abweichung, daß in der zweiten oder Reaktionskammer 6 g aktivier tes Alum j nium oxyd mit einem Überzug von 20 Gew. -$ H_VBO_V zusammen mit einer Schicht aus Cuprioxyd (CuO) (in Drahtform) mit einer Dicke von 1,27 cm (0.5 inch) verwendet wurden. y$ Pellets (6,6g) der ersten Masse wurden verwendet. Keine die Wärmeentwicklung unterhaltende Masse wurde verwendet. In der Verdampfungs- und Kühlkammer .wurden 20 g Preon (P-CJ18) verwendet. Nach der Zündung wurde festgestellt, daß keine Zersetzung des Preon erfolgt war. Es wurde ein sehr reines Gas erzeugt. Kein Phosgen wurde gebildet. Das Kupfercocyd war teil v/eise in metallisches Kupfer und Natriumeuprit umgewandelt worden.

Boispie.] 13 '

Es wurde nach dem Verfahren von Beispiel 12 gearbeitet mit der Abweichung, daß für die zweite Roaktionsrnasse 8,0 g aktiviertes Aluininluinoxyd und eine Schicht von. 1,524 cm (0.6 inch) Curpioxyd (CuO) (in Drahtform) verwendet wurden. Außerdem wurden 52 Pellets (10,4 g) an der ersten Hasse verwendet. Ss wurden die gleichen Ergebnisse erhalten wie in Beispiel 12.

Beispiel 14

Es wurde n-ich dem Verfahren von Baispiel 1J gearbeitet mit der Abweichung, daß ~$3 Pellets aus der ersten lieaktionsrnassp mit einem Gewicht von 6,6 g verwendet wurden. In der zweiten Reaktionskammer wurden 6,0 g aktiviertes Aluminiuwoxyd und eine Schicht von 1,27 cm (0.5 inch) Dicke von Aktivkohle verwendet. Es erfolgte eine geringfügige Zersetzung des Frcon. Kein Phosgen wurde gebildet.

Es wurde etwa nach dem Verfahren von Beispiel 8 gearbeitet

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8?

mit der Abweichung, daß in der Kühl- und Verdampfungskammer kein Preon verwendet wurde. 9 Pellets aus der ersten Masse mit einem Gewicht von etwa 3,6 g wurden verwendet. Es wurde ein reines Gas, vorwiegend Stickstoff, erzeugt.

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2 0 9 8 5 2/0782 .

Claims

Patentansprüche

Stoßdämmungssystem zum Schutz eines Insassens eines Fahrzeuges zwischen dem Sitz des Insassen und den festen Bestandteilen des Fahrzeuges, bestehend aus

(a) einem aufblasbaren Kissen, das so in dem Fahrzeug angeordnet und befestigt ist, daß es sich, nachdem es aufgeblasen ist, zwischen den festen Bestandteilen des Fahrzeuges und dem Insassen befindet,

(b) wenigstens einer gaserzeugenden Einheit zur Lieferung des Aufblasgases für das aufblasbare Kissen, wobei diese Einheit aus

(1) einer Struktur, die eine erste Verbrennungskammer begrenzt und so angeordnet ist, daß sie gasförmige Produkte längs eines vorbestimmten Strörnungsweges abgibt;

(2) einer zvieiten Struktur, die eine zweite, der ersten Zone nachgeschaltete Reaktionszone begrenzt und so angeordnet ist, daß sie die Gase der ersten Zone aufnimmt;

(>) einer dritten Struktur, die eine der ersten und der zweiten Struktur nachgeschaltete Kühlzone begrenzt und so angeordnet ist, daß sie die Gase aus der zweiten Reäktionszone aufnimmt, besteht, und

(k) die dritte Struktur einen Auslaß aufweist* der in das aufblasbare Kissen führt, so daß

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die daraus austretenden Gase in das aufblasbare Kissen strömen;

(5) eine erste, gaserzeugende Masse, die unter Bildung von freiem Stickstoff und wenigstens einem anderen Verbrennungsprodukt reagiert, in der ersten Zone angeordnet ist,

(6) eine zweite Masse, mit der wenigstens ein beträchtlicher Teil des anderen Verbrennungsproduktes zu reagieren vermag, in der zweiten Reaktionszone so angeordnet ist, daß Stickstoff durch sie hindurch strömen kann, und

(7) ein Kühlmaterial zum Kühlen der aus der zweiten Zone austretenden Gase in der Kühlzone angeordnet ist.

2. System nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel so beschaffen ist, daß es beim Erwärmen durch Durchtritt des erzeugten freien Stickstoffs ein weiteres Gas, das sich mit dem Stickstoff vermischt und in das aufblasbare Kissen strömt, erzeugt.

~*>. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, gaserzeugende Masse ein Azid enthält.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, gaserzeugende Masse auch ein Oxydationsmittel, das mit dem Azid unter Bildung des freien Stickstoffs und des anderen Verbrennungsproduktes reagiert, enthält,

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Azid. ein Alkaliazid, Erdalkaliazid oder ein Gemisch davon ist.

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a*

6. System nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß das Azid im wesentlichen Natriumazid ist.

7· System nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse wenigstens teilweise aus einem sauren Oxyd besteht.

8. System nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Reaktionskammer Kohlenstoff enthält.

9-. System nach Anspruch .7, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der zweiten Zone wenigstens teilweise aus SiIiciumdioxyd, Aluminiumoxyd, Boroxyd, Borsäure, Cuprioxyd oder einem Gemisch davon besteht.

10. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse Siliclumoxyd enthält.

11. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse Curpioxyd enthält -

12. System nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse Aluminiumoxyd enthält.

15. System nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse Boroxyd enthält.

14. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse Borsäure enthält.

15. System nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel ein Metallperchlorat, Metallehlorat, ■
Metallperoxyd» Metallsuperoxyd, Chlorkohlenstofi', Metallchlorid oder ein Gemisch davon ist.

r 351 -

16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel ein Metallperchlorat ist.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallperchlorat im wesentlichen Kaliumperchlorat ist.

18. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel einen flüssigen Halogenkohlenstoff enthält.

19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Halogenkohlenstoff Perfluorcyclobutan ist.

20. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Halogenkohlenstoff Perfluordiemthylcyclobutan ist. ■

21. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die erste, gaserzeugende Masse ein Alkaliazid, Erdalkaliazid oder ein Gemisch davon und als Oxydationsmittel ein Metallperchlorat, Metallchiorat, Metallperoxyd, Metallsuperoxyd, einen Chlorkohlenstoff, ein Metallchlorid oder ein Gemisch davon, und

(b) die zweite Masse ein saures Oxyd enthält.

22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Azid in der ersten Masse im Überschuß über die stöchiometrisch zur Umsetzung mit dem Oxydationsmittel erforderlichen Menge anwesend ist.

2^. System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Ax.id im wesentlichen Natriumazid ist.

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24. System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer Aktivkohle enthalt.

25. System nach Anspruch 2)\, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel im wesentlichen ein Metallperchlorat ist.

26. System nach Anspruch 25* dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel im wesentlichen Kaliumperchlorat ist.

27. Aufblassystem für ein aufblasbares Schutzkissen für ein bemanntes Fahrzeug zwischen dem Sitz eines Insassen und den festen Bestandteilen des Autos, bestehend aus

(a) einer ersten Struktur, die eine erste oder Verbrennungs· zone umschließt und so angeordnet ist, daß sie gasförmige Produkte längs eines vorbestimmten Weges abgibt;

(b) einer zweiten Struktur, die eine zweite, der ersten Zone nachgeschaltete Reaktionszone begrenzt und so angeordnet ist, daß sie die Gase aus der ersten Zore aufnimmt und Gase zum Aufblasen des aufblasbaren Kissens abigbt;

(c) einer ersten, gaserzeugenden Masse aus einem stickstoffenthaltenden Bestandteil und einem zweiten Bestandteil, der mit dem stickstoffenthaltenden Bestandteil unter Bildung von freiem Stickstoff und einem weiteren Verbrennungsprodukt zu reagieren vermag, in der ersten Reatkionskammer und

(d) einer zweiten Masse in der zweiten Kammer, die so angeordnet ist, daß der freie Stickstoff durch sie hiiidurchtretcn kann und wenigstens ein beträchtlicher Anteil des anderen Verbrennungsproduktes damit reagiert.

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28. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, gaserzeugende Masse ein Azid enthält.

29. System nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, gaserzeugende Masse noch ein Oxydationsmittel, das mit dem Azid unter Bildung des freien Stickstoffs und des anderen Verbrennungsproduktes zu reagieren vermag, enthält.

. System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Azid ein Alkaliazid, Erdalkaliazid oder ein Gemisch davon ist.

31. System nach Anspruch ^0, dadurch gekennzeichnet, daß das Azid im wesentlichen Natriumazid ist.

52. System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse wenigstens teilweise aus einem sauren Oxyd besteht.

33· System nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Reaktioriskanimer Kohlenstoff enthält.

3^J1-. System nach Anspruch 32* dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der zweiten Masse aus Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd, Boroxyd, Borsäure, Cuprioxyd oder einem Gemisch davon besteht.

35· System nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse Siliciumdioxyd enthält.

36. System nach Anspruch j52, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse Cuprioxyd enthält.

37· System nach Anspruch .52, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse AIuminiumoxyd enthält.

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38.. System nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse Boroxyd enthält.

39. System nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse Borsäure enthält.

40. System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel ein Mefrallperchlorat, Metallehlorat, Metallperoxyd, Metallsuperoxyd, ein Chlorkohlenstoff, ein Metallchlorid oder ein Gemisch davon ist.

41. System nach Anspruch 4O, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel ein Metallperchlorat ist.

42. System nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallperchlorat im wesentlichen Kaliumperchlorat ist.

43. System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die erste, gaserzeugende Masse ein Alkaliazid, Brdalkaliazid oder ein Gemisch davon und als Oxydationsmittel ein Metallperchlorat, Metallchlorat, Metallperoxyd, Metallsuperoxyd, einen Chlorkohlenstoff, ein Metallchlorid oder ein Gemisch davon und

(b) die zweite Masse ein saures Oxyd enthält.

44. System nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß das Azid in der ersten Masse in größerer als der stöchioriietrisch zur Umsetzung mit dem Oxydationsmittel erforderlichen Menge anwesend ist.

43. System nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß das Azid Natriumazid ist.

46. System nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Kammor Aktivkohle anwesend ist.

_ 35 _

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3t,

47. System nach Anspruch. 46, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel im wesentlichen ein Metallperchlorat ist.

48. System nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel im wesentlichen Kaliumperchlorat ist.

49. Verfahren zum Aufblasen eines Schutzkissens für den Insassen eines E'ahrzeuges zwischen dem Insassen und den festen Bestandteilen des Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) ein erstes Reaktionsgas durch Umsetzen einer ersten, gaserzeugenden Masse, die einen stickstofferzeugenden Bestandteil und einen zweiten Bestandteil, der damit unter Bildung eines freien stickstoffenthaltenden Gasgemisches und wenigstens eines anderen Verbrennungsproduktes zu reagieren vermag, in einer ersten Kammer umsetzt,

(b) das Gasgemisch durch eine zweite Masse in einer zweiten Kammer führt, wo wenigstens ein beträchtlicher Anteil des anderen Verbrennungsproduktes ausreagiert, während freier Stickstoff hindurchtritt und als Gas daraus austritt und

(c) das austretende Gas in das aufblasbare Schutzkissen führt.

50. Verfahren nach Anspruch 49* dadurch gekennzeichnet, daß niun das austretende Gas zur Erzeugung von weiterem Gas durch ein gaserzeugendes Kühlmittel leitet und dann das Gas mit dem weiteren Gas in das aufblasbare Schutzkissen führt.

51. System nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die gaserzeugende Masse ein Azid enthält.

52. System nach Anspruch 51> dadurch gekennzeichnet, daß die gaserzeugende Masse noch ein Oxydationsmittel, das mit dem Azid unter Bildung des freien Stickstoffs und eines

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anderen Verbrennungsproduktes reagiert, enthält.

53· System nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß das

Azid ein Alkaliazid, Erdalkaliazid oder ein Gemisch davon ' ' ist.

5^Ji. System nach Anspruch 53* dadurch gekennzeichnet, daß das Azid im wesentlichen Natriumazid ist.

55. System nach Anspruch 53* dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse wenigstens teilweise aus einem sauren Oxyd besteht.

56. Verfahren nach Anspruch 55* dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Reak'tionskammer Kohlenstoff anwesend ist.

57· System nach Anspruch 55* dadurch.gekennzeichnet,.daß wenigstens ein Teil der zweiten Masse Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd, Boroxyd, Borsäure, Cuprioxyd oder eiiv Gemisch davon ist,

58. System nach Anspruch 55* dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse Siliciumoxyd enthält.

59· System nach Anspruch 55* dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse Cuprioxyd enthält.

60. System nach Anspruch 55* dadurch gekennzeichnet, daß dia zweite Masse Aluminiumoxyd enthält.

61. System nach Anspruch 55* dadurch gekennzeichnet, daß die zvieite Masse Boroxyd enthält.

62. System nach Anspruch 55* dadurch gekennzeichnet, daß die

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zweite Masse Borsäure enthält.

63. System nach Anspruch 53> dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel ein Metallperchlorat, Metallchlorat, Metallperoxyd, Metallsuperoxyd, ein Chlorkohlenstoff, ein Metallchlorid oder ein Gemisch davon ist.

64. Syntern nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel ein Metallperchlorat ist.

65. System nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallperchlorat im ivesentlichen Kaliumperchlorat ist.

66. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß man das austretende Gas durch einen flüssigen Halogenkohlenstoff führt, so daß der Halogenkohlenstoff verdampft wird und dabei weiteres Gas bildet und das so gebildete Gasgemisch dann in das aufblasbare Schutzkissen führt.

67. System nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Halogenkohlcnstoff Perfluorcyclobutan ist.

68. System nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Halogenkohlenstoff Perfluordimethylcyclobutan
ist.

69. System nach Anspruch 49j dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die erste, gaserzeugende Masse ein Alkaliazld, Erdalkaliazid oder ein Gemisch davon und als Oxydationsmittel ein Metallperchlorat, Metallchlorat, Metallperoxyd, Metallsuperoxyd, einen Chlorkohlenstoff, ein ,Metallchlorid oder ein Gemisch davon und

(b) die zweite Masse ein saures Oxyd enthält.

70. System nach Anspruch 69* dadurch gekennzeichnet, daß das Azid in der ersten Masse in einer größeren als der

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stöchiometrlsch zur Umsetzung mit dem Oxydationsmittel erforderlichen Menge anwesend ist.

71. System nach Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, daß das Azid im wesentlichen Natriumazid ist.

72. ,System nach Anspruch 71* dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer Aktivkohle enthält.

73· System nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel im wesentlichen ein Metallperchlorat ist.

7^. System nach Anspruch. ¹JJ, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel im wesentlichen Kaliumperchlorat ist.

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