DE69123783T2

DE69123783T2 - Verfahren zur Herstellung eines gaserzeugenden Materials

Info

Publication number: DE69123783T2
Application number: DE69123783T
Authority: DE
Inventors: George W Goetz; Leo S Knowlden; James M Kumkoski; Thomas H Vos
Original assignee: TRW Vehicle Safety Systems Inc
Current assignee: ZF Passive Safety Systems US Inc
Priority date: 1990-05-24
Filing date: 1991-03-11
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2011-03-12
Also published as: EP0458443B1; JPH07509B2; DE69123783D1; US4994212A; EP0742188A3; EP0458443A1; JPH04228488A; EP0742188A2

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gaserzeugungsmaterial, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Gaserzeugungsmaterials, welches ein Azid und ein Metalloxid enthält und verwendet wird zur Erzeugung von Gas zum Aufblasen einer Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung, wie beispielsweise eines Airbags.

Beschreibung des Standes der Technik

US-PS 3 996 079 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer azidenthaltenden Gaserzeugungszusammensetzung. Die trockenen Bestandteile der Gaserzeugungszusammensetzung werden miteinander vermischt. Sodann wird eine Flüssigkeit zur trockenen Mischung hinzugegeben, um eine plastische Masse herzustellen. Geeignete Flüssigkeiten sind Wasser und Ethanol. Die Flüssigkeit hat ungefähr 15 Gew.% der Gesamtzusammensetzung und löst die feineren Teilchen des Azidbestandteils auf. Die plastische Masse wird sodann durch eine Form gepreßt, durch eine perforierte Platte, oder ein Sieb, um nasse Granalien oder Granulat zu bilden. Die nassen Granalien werden sodann getrocknet.
US-PS 4 758 287 beschreibt auch ein Verfahren zur Herstellung eines azidenthaltenden Gaserzeugungsmaterials. Bei diesem Prozeß wird eine Wasseraufschlämmung aus gaserzeugendem Material hergestellt. Die Aufschlämmung wird dann in eine gewünschte Form geformt und schnell getrocknet.
Weitere Verfahren zur Herstellung eines azidenthaltenden Gaserzeugungsmaterials wird in US-PS 4 547 235 beschrieben. Ein derartiges Verfahren umfaßt die Mischung eines Metallazids und Metalloxids mit Wasser zur Bildung einer Aufschlämmung, das Mahlen dieser Aufschlämmung und die Sprühtrocknung zur Bildung von Granulaten. Alternativ offenbart US-PS 4 696 705 ein Verfahren zur Mischung eines Metallazids und Metalloxids mit einem Lösungsmittel, wie beispielsweise Wasser, zur Bildung einer Aufschlämmung und zur Formung dieser Aufschlämmung in Granulate und sodann das Trocknen dieser Körner.
US-PS 3 920 575 beschreibt auch die Mischung eines Metallazids und Metalloxids mit Wasser zur Bildung einer Aufschlämmung und die Extrusion dieser Aufschlämmung durch eine Drahtgaze zur Bildung von Granalien, die darauffolgend getrocknet werden.
Die bekannten Verfahren zur Herstellung von gaserzeugendem Materialien, die ein Azid oder ein Metalloxid enthalten, sind wegen einer Zahl von Faktoren nicht vollständig zufriedenstellend. Bei einigen bekannten Verfahren werden die Materialien in trockner Form gemischt, was eine Sicherheitsgefahr hervorruft. Ferner müssen spezielle Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um einen Schutz gegenüber der Herstellung von gefährlichen Nebenprodukten vorzusehen, die Personen beeinflussen können, die mit den Nebenprodukten in Berührung kommen. Schließlich sind die bekannten Verfahren nicht materialsparend.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gaserzeugungsmaterials, welches ein Alkalimetallazid und ein Metalloxid enthält, wobei dieses Verfahren gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte:
(a) Herstellen einer nassen Mischung aus dem erwähnten Alkalimetallazid und Metalloxid durch Hinzufügen des Metallazids und des Metalloxids gesondert zu Wasser zur Bildung einer Aufschlämmung, wobei die nasse Mischung einen ersten Feuchtigkeitsgehalt besitzt;
(b) Verarbeiten der nassen Mischung einschließlich des Mahlens der nassen Mischung, während sie sich auf dem ersten Feuchtigkeitsgehalt befindet;
(c) Reduzieren der Feuchtigkeit der Mischung auf einen zweiten Feuchtigkeitsgehalt;
(d) Bilden von Granalien(Granulat) aus Gaserzeugungsmaterial, während der erwähnte zweite Feuchtigkeitsgehalt vorhanden ist; und
(e) Trocknen der Granalien aus Gaserzeugungsmaterial;
wobei die Mischung aus Gaserzeugungsmaterial sich von Schritt (a) bis zum Schritt (d) in einem feuchten Zustand befindet.
Die nasse Mischung aus Metallazid und Metalloxid wird hergestellt durch Mischen des Metallazids und des Metalloxids in trockener Form. Dadurch, daß das Metallazid und das Metalloxid sich nur dann kontaktieren, wenn sie naß sind, wird die Möglichkeit von Feuer und/oder Explosionen während des Herstellungsprozesses minimiert.
Vorzugsweise wird der Mahlschritt durch einen Kugelmühlmahlvorgang ausgeführt.
Während des Herstellungsverfahrens wird die Bildung von gefährlichen Säuredämpfen (NH³) minimiert durch: (1) Aufrechterhaltung der Naßmischung aus Metallazid und Metalloxid bei einer 30 ºC nicht übersteigenden Temperatur und (2) Beibehaltung des pH-Wertes der nassen Mischung aus Metallazid und Metalloxid auf einen Wert, der mindestens ungefähr 10,5 beträgt. Insbesondere wird die Temperatur der nassen Mischung des Gaserzeugungsmaterials während der Verarbeitung der Mischung abgefühlt und die Temperatur der Mischung wird innerhalb eines gewünschten Bereichs, der 30 ºC nicht übersteigt, gehalten. Zudem wird der pH-Wert der nassen Mischung des Gaserzeugungsmaterials während der Verarbeitung der Mischung abgefühlt und eine Base wird der Mischung hinzugegeben, um die Mischung auf einen pH-Wert von mindestens 10,5 zu halten.
Während der Herstellung oder Verarbeitung der nassen Mischung des Gaserzeugungsmaterials wird die Mischung wiederholt gemahlen, um die Teilchengröße eines oder mehrerer der Bestandteile der Mischung zu reduzieren. Während des Mahlens der nassen Mischung wird diese ebenfalls abgekühlt, um die Temperatur der Mischung in einem gewünschten Temperaturbereich von 20 ºC bis 30 ºC zu halten.
Sobald die nasse Mischung aus Gaserzeugungsmaterial gebildet ist, wird überschüssige Flüssigkeit aus der Mischung entfernt. Die aus der Mischung entfernte Flüssigkeit wird zurückgeführt, und zwar durch Verwendung der Flüssigkeit zur Herstellung einer weiteren nassen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial. Sobald die überschüssige Flüssigkeit entfernt ist und die nasse Mischung den gewünschten Feuchtigkeitgehalt besitzt, wird die nasse Mischung aus Gaserzeugungsmaterial durch kleine Öffnungen gedrückt oder gepreßt, um ein Extrudat aus Gaserzeugungsmaterial zu erzeugen.
Der Metallazidgehalt des Extrudats des Gaserzeugungsmaterials wird partiell dadurch gesteuert oder kontrolliert, daß man die nasse Mischung aus Gaserzeugungsmaterialien einer Temperatur von 20 ºC bis 30 ºC und vorzugsweise 25 ºC ± 2 ºC herstellt und verarbeitet. Die Löslichkeit des Metallazids in der flüssigen Phase der nassen Mischung des Gaserzeugungsmaterials ändert sich als direkte Funktion der Temperatur. Wenn daher beispielsweise die Temperatur der nassen Mischung zu hoch liegt, so wird zu viel Metallazid in der Flüssigkeit aufgelöst. Wenn somit die überschüssige Flüssigkeit entfernt wird, wird zuviel Azid aus dem Gaserzeugungsmaterial entfernt. Auf diese Weise wird das Gaserzeugungsmaterial "azidarm". Wenn ähnlich die Temperatur der nassen Mischung zu niedrig ist, so wird zu wenig Metallazid in der Flüssigkeit aufgelöst. Wenn daher die überschüssige Flüssigkeit entfernt wird, so wird zu wenig Azid aus dem Gaserzeugungsmaterial entfernt. Auf diese Weise ist das Gaserzeugungsmaterial "azidreich".

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben genannten sowie weitere Merkmale der Erfindung werden dem Fachmann bei der Betrachtung der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Körper aus Gaserzeugungsmaterial verwendet in einem Fahrzeuginsassen- Rückhaltesystem;
Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 der Fig. 1, wobei ferner die Konstruktion des Gaserzeugungsmaterialkörpers dargestellt ist;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Prozeßausrüstung verwendet in einem Verfahren zur Herstellung von Gaserzeugungsmaterial zur Bildung des Körpers aus gaserzeugendem Material der Fig. 1 und 2;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer in der Vorrichtung der Fig. 3 verwendeten Kolloidmühle;
Fig. 5 eine teilweise weggebrochene schematische Darstellung einer Kugelmühle verwendet in der Vorrichtung gemäß Fig. 3;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Extruders verwendet in der Vorrichtung der Fig. 3;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Sphäronizers oder Kugelbildners verwendet in der Vorrichtung gemäß Fig. 3; und
Fig. 8 ein Flußdiagramm des zur Herstellung des Gaserzeugungsmaterials mit der Vorrichtung gemäß Fig. 3 verwendeten Verfahrens.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung

Körper aus Gaserzeugungsmaterial

Ein Körper 10 (bekannt als ein "Korn" oder als ein "Grain") aus Gaserzeugungsmaterial wird in aufblasbaren Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystemen verwendet, um eine Insassenrückhaltevorrichtung, wie beispielsdweise ein Airbag, aufzublasen. Der Körper 10 oder eine Vielzahl von Körpern 10 aus gaserzeugendem Material könnte in vielen unterschiedlichen Arten von aufblasbaren Rückhaltesystemen verwendet werden. Ein aufblasbares Rückhaltesystem, indem die Körper aus gaserzeugendem Material verwendet werden können, ist in US-PS 4 817 828 beschrieben. Dieses Patent ist am 4. April 1989 ausgegeben, gehört der Anmelden und hat den Titel "Aufblasbares Rückhaltesystem".
Der Körper 10 aus gaserzeugendem Material weist einen Brennstoff auf, der eine Quelle von Stickstoffgas ist und ein Oxidationsmittel, welches mit dem Brennstoff reagiert. Der Körper 10 aus gaserzeugendem Material enthält auch ein Oxidationsagens oder Oxidationsmittel, eine Extrusionshilfe und Verstärkungsfasern. Der bevorzugte Brennstoff oder die Stickstoffquelle ist ein Alkalimetallazid, wie beispielsweise Natrium, Kalium oder Lithiumazid. Natriumazid ist das bevorzugteste Alkalimetallazid. Das Oxidationsmittel ist vorzugsweise ein Metalloxid. Das Metall des Metalloxids kann irgendein Metall sein, das in der elektrischen Spannungsreihe tiefer liegt als das Alkalimetall. Beispiele bevorzugter Metalle sind Eisen, Kupfer, Mangan, Zinn, Titan oder Nickel und Kombinationen daraus. Der bevorzugteste Oxidierstoff ist Eisenoxid.
Das Oxidationsmittel (Oxidans) im Körper 10 kann ein Alkalimetallnitrat, Chlorat und/oder Perchlorat oder Kombinationen daraus sein. Derzeit wird die Verwendung von Natriumnitrat als Oxidationsmittel bevorzugt. Relativ kleine Mengen einer Extrusionshilfe und Verstärkungsfasern werden im Körper 10 aus Gaserzeugungsmaterial vorgesehen. Bentonit ist die bevorzugte Extrusionshilfe. Graphitfasern werden bevorzugt als die Verstärkungsfasern verwendet.
Der Körper 10 aus Gaserzeugungsmaterial hat die folgenden Anteile an Bestandteilen in Gewichtsprozent:
Es sei bemerkt, daß die Zusammensetzung des Körpers 10 aus gaserzeugendem Material unterschiedlich sein kann als die spezielle oben angegebene Zusammensetzung. Beispielsweise könnte ein anderes Alkalimetallazid statt Natriumazid verwendet werden. Es könnte auch ein unterschiedlicher Oxidierstoff (Oxidationsmittel) Verwendung finden. Obwohl Graphitfasern zum Vorsehen mechanischer Verstärkung bevorzugt sind, können auch andere Fasern, beispielsweise Glasfasern oder Eisenfasern Verwendung finden. Ferner könnten andere Extrusionshilfen anstelle von Bentonit verwendet werden und/oder es können auch andere Oxidationsmittel als Natriumnitrat eingesetzt werden, beispielsweise Ammo-niumperchlorat. Wenn gewünscht, könnte die Zusammensetzung des Körpers aus gaserzeugendem Material die gleiche sein, wie dies im US-Patent 4 806 180 beschrieben ist. Dieses Patent gehört dem Inhaber dieses Patents und wurde am 21 Februar 1989 ausgegeben mit dem Titel "Gaserzeugungsmaterial".
Der Körper 10 hat eine im ganzen zylindrische Form und weist einen zylindrischen Mitteldurchlaß 7 auf mit einer Achse angeordnet auf der Mittelachse des Körpers oder Korns. Der Durchlaß 7 erstreckt sich zwischen den axial entgegengesetzt liegenden Endstirnflächen des Körpers. Zudem besitzt der Körper 10 eine Vielzahl von zylindrischen Durchlässen 9, die radial nach außen bezüglich des Mitteldurchlasses 7 angeordnet sind und die sich ebenfalls in Längsrichtung durch den Körper zwischen entgegengesetzt liegenden Endstirnflächen erstrecken.
Die Achsen der Durchlässe 8 verlaufen parallel zur Achse des Durchlasses 7. Die Durchlässe 8 sind gleichmäßig beabstandet, und auf konzentrischen Kreisen, die radial vom Durchlaß 7 beabstandet sind, aber nicht koaxial mit der Achse des Durchlasses 7 verlaufen. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die Achsen der Durchlässe 8 auf einem der konzenrischen Kreise umfangsmäßig versetzt zu einer Seite hin von den Achsen der Durchlässe 8 auf den anderen konzentrischen Kreisen. Diesbezüglich ist ein Durchlaß 8 auf einem ersten konzentrischen Kreis beabstandet gegenüber einem versetzten Durchlaß auf einem benachbarten konzentrischen Kreis, und zwar mit dem gleichen Abstand, mit dem die Beabstandung vorgesehen ist von einem benachbarten Durchlaß 8 auf dem ersten konzentrischen Kreis.
Bei Verwendung zum Aufblasen eines Airbags ist die Vielzahl der Körper 10 derart gestapelt, daß die Durchlässe in einem Körper mit den Durchlässen in allen anderen Körpern ausgerichtet sind. Auf diese Weises läuft das durch Verbrennen eines der Körper erzeugte heiße Gas durch die Durchlässe zur Zündung benachbarter Körper und die Oberflächen der Durchlässe sämtlicher Körper werden schnell gezündet.
Das Gas, das innerhalb der Durchlässe erzeugt wird, muß in der Lage sein, aus den Durchlässen herauszukommen und radial zu den Körpern in den Airbag zum Aufblasen des Airbags zu fließen. Um eine derartige Strömung vorzusehen, sind zwischen den Endstirnflächen der benachbarten Körper 10 Räume vorgesehen. Die Abstände oder Beabstandungen erstrecken sich radial nach außen von dem Mitteldurchlaß 7 der Körper. Die Räume zwischen den Enden der benachbarten Körper werden durch die axial vorstehenden Abstandskissen oder Abstandselemente 9 an den Endstirnflächen vorgesehen. Wie in dem früheren US-Patent 4 817 828 offenbart, sind die Abstandselemente eines Körpers mit denjenigen eines benachbarten Körpers derart ausgerichtet, daß die Räume zwischen den Körpern durch die Abstandselemente benachbarter Körper vorgesehen werden. Mehrere Abstandselemente 9 sind in umfangsmäßiger Abstandsbeziehung auf jeder Endstirnfläche positioniert, um so die Endstirnflächen benachbarter Körper in beabstandeten Parallelebenen zu halten.
Die Vielzahl der Durchlässe 7, 8 im Körper 10 fördert, was als eine progressive Brennrate oder Brenngeschwindigkeit eines Körpers bezeichnet wird. Eine progressive Brennrate ist eine solche Brennrate, bei der die Verbrennung für einen beträchtlichen Teil des Brennzyklus mit einer ansteigenden Rate fortschreitet. Wenn die Umfangsoberflächen der Durchlässe brennen, erweitern sich die Durchlässe, was zunehmend mehr Oberflälchengebiet dem Brennvorgang aussetzt. Gleichzeitig schrumpft der Außenumfang jedes Körpers 10, was die mit dem Brennen ausgesetzte Oberfläche oder das dem Brennen ausgesetzte Oberflächengebiet reduziert, aber diese Reduktion des Oberflächengebietes ist kleiner als der Anstieg des durch das Brennen in den Durchlässen im Körper erzeugte Oberflächengebiet. An einem Punkt des Brennzyklus hört die Brennrate auf, anzusteigen und verbleibt konstant, bis nahe dem Ende des Brennzyklus, wobei zu dieser Zeit die Brennrate auf Null abnimmt.

Herstellungsprozeß -

Allgemeine Beschreibung

Das im Körper 10 verwendete Gaserzeugungsmaterial wird in einem Prozeß hergestellt, der die Vorrichtung 12 verwendet, die schematisch in Fig. 3 gezeigt ist. Die Vorrichtung 12 weist eine erste Verfahrensstufenausrüstung 14 auf, die dazu verwendet wird, eine nasse Mischung aus Gaserzeugungsmaterial herzustellen und eine zweite Verfahrensausrüstungsstufe 15, die dazu verwendet wird, die nasse Mischung aus Gaserzeugungsmaterial zu verarbeiten. Die erste Stufe der Prozeßausrüstung zur Herstellung einer nassen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial weist eine einleitende Prozeßausrüstung 16 auf, und zwar zur Verwendung einer Herstellung einer ersten oder anfänglichen nassen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial und eine Sekundär- oder zweite Prozeßausrüstung 18 zur Verwendung bei der Herstellung einer zweiten oder endgültigen nassen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial.
Die einleitende Prozeßausrüstung 16 wird dazu verwendet, um eine wasserbasierende anfängliche nasse Mischung aus Natriumazid (NaN&sub3;), Eisenoxid (Fe&sub2;O&sub3;) und Natriumnitrat (NaNO&sub3;) herzustellen. Dies erfolgt ohne Mischen des Natriumazids und Eisenoxids in trockner Form. Das Vermeiden der Mischung von Natriumazid und Eisenoxid im trockenen Zustand vermindert die Möglichkeit einer Explosion und/oder eines Feuers während der Herstellung des Gaserzeugungsmaterials.
Die einleitende Prozeßausrüstung 16, die die Herstellung der ersten oder anfänglichen Naßmischung aus Gaserzeugungsmaterial verwendet wird, weist einen Vormischtank 22 auf, wo Natriumazid und Natriumnitrat mit frischem Wasser zur Bildung einer gesättigten Lösung gemischt werden. Die gesättigte Lösung in dem Vormischtank 22 wird von diesem Vormischtank zu einem Recycle- oder Rückführtank 24 geleitet. In dem Recycletank 24 wird die von einer vorhergehenden Naßmischung von Gaserzeugungsmaterial rückgeführte Flüssigkeit der gesättigten Lösung vom Vormischtank 22 zugegeben. Die rückgeführte Flüssigkeit hat die gleichen Bestandteile in den gleichen Proportionen, wie die gesättigte Lösung im Vormischtank 22. Die rückgeführte Flüssigkeit kann jedoch Spurenmengen an Bestandteilen enthalten, die in der gesättigten Lösung im Vormischtank 22 nicht vorhanden sind. Die Rückführung der Flüssigkeit gebildet bei der Herstellung einer nassen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial spart oder bewahrt Material und eliminiert die Notwendigkeit zusätzlicher Verarbeitung zur Beseitigung der Flüssigkeit als Abfall.
Vom Rückführtank 24 wird die gesättigte Lösung in einen Hauptmischtank 26 geleitet. Im Hauptmischtank 26 wird der nassen Mischung Natriumazidpulver und Eisenoxidpulver zugegeben, und zwar ohne vorherige Mischung der Natriumazid- und Eisenoxidpulver in trockener Form. Dadurch, daß man das trockene Mischen von Natriumazid- und Eisenoxidpulvern vermeidet, wird die Möglichkeit von Feuer oder Explosionen minimiert.
Sodann wird die nasse Mischung von dem Hauptmischtank 26 zu einem Speisetank 28 geleitet. Im Speisetank 28 werden die verschiedenen Bestandteile der anfänglichen nassen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial weiter hinzugemischt, um eine homogene Mischung zu bilden.
Die anfängliche nasse Mischung wird wiederholt gemahlen, um eine gewünschte Teilchengröße zu erhalten. Die nasse Mischung im Hauptmischtank 26 wird somit wiederholt durch eine Kolloidmühle 30 in einer zu beschreibenden Art und Weise zirkuliert. Ähnlich wird die nasse Mischung im Speisetank 28 wiederholt durch eine zweite Kolloidmühle 32 in einer zu beschreibenden Weise zirkuliert. Die nasse Mischung vom Speisetank 28 wird sodann durch eine Kugelmühle 34 geleitet. Der Auslauf von der Kugelmühle 34 wird zu einem Aufbereitungs- oder Surgetank 36 geleitet.
Die zweite oder sekundäre Prozeßausrüstung 18 zur Herstellung einer zweiten oder endgültigen nassen Mischung weist einen zweiten Hauptmischtank 40 auf, der die anfängliche nasse Mischung aus Gaserzeugungsmaterial vom Aufbereitungstank 36 erhält. Graphitaufschlämmung von einem Graphitaufschlämmungstank 42 wird der anfänglichen nassen Mischung in dem zweiten Hauptmischtank 40 zugegeben. Zudem wird der ersten oder anfänglichen Mischung im zweiten Hauptmischtank 40 Bentonitpulver hinzugegeben. Die Zugabe von Graphitaufschlämmung und Bentonit zu der nassen Mischung im Tank 40 vollendet die Herstellung der nassen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial.
Von dem zweiten Hauptmischtank 40 wird die zweite oder endgültige Naßmischung aus gaserzeugendem Material zu der Prozeßausrüstung 15 der zweiten Stufe geleitet. Die Prozeßausrüstung 15 weist eine Zentrifuge 50 auf, wo Flüssigkeit aus der nassen Mischung aus Gaserzeugungsmsterial entfernt wird, Die aus der nassen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial entfernte Flüssigkeit wird zurück zum Rückführtank 24 geleitet und wieder verwendet. Durch die Wiederverwendung der aus der nassen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial entfernten Flüssigkeit wird die Entfernung der Flüssigkeit als Abfall vermieden.
Die nasse Mischung aus Gaserzeugungsmaterial von der Zentrifuge 50 wird zu einem Extruder 54 geleitet. Der Extruder 54 formt die nasse Mischung aus Gaserzeugungsmaterial in ein im allgemeinen zylindrisches Extrudat. Dies wird dadurch getan, daß man die nasse Mischung aus Gaserzeugungsmterial durch kleine Öffnungen drückt.
Das zylindrische Extrudat aus Gaserzeugungsmaterial wird in Kugelform geformt, und zwar durch einen Kugelbildner oder Sphäronizer 56. Die sphärischen Granulate oder Granahen aus Gaserzeugungsmaterial werden sodann zu einem kontinuierlichen Trockner 58 geleitet, wo sie getrocknet werden, wenn sie sich durch den Trockner bewegen, und zwar erfolgt die Trocknung auf einen Feuchtegehalt von 1- bis 5 Gew.%. Die sphärischen oder kugelförmigen Granalien oder Granulate werden darauffolgend in bekannter Weise geformt, um die Körper 10 (Fig. 1 und 2) aus Gaserzeugungsmaterial zu bilden.
Um die Körper 10 (Fig. 1) aus Gaserzeugungsmaterial mit den gewünschten Brenneigenschaften zu versehen, müssen die Körper aus Gaserzeugungsmaterial vorbestimmte Mengen an Natriumazid enthalten. Wenn die Flüssigkeit (Filtrat), die aus der nassen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial in der Zentrifuge 50 entfernt wird, zu wenig oder zu viel Natriumazid enthält, so hat die in der Zentrifuge verbleibende nasse Mischung (Kuchen) zu viel oder zu wenig Natriumazid. Daher muß der Natriumazidgehalt, der aus der nassen Mischung entfernten Flüssigkeit in der Zentrifuge gesteuert, kontrolliert oder geregelt werden.
Die Löslichkeit von Natriumazid in Wasser ändert sich als direkte Funktion der Temperatur. Die Menge an Natriumazid in der aus der nassen Mischung durch die Zentrifuge 50 entfernten Flüssigkeit ändert sich daher mit der Tempeatur. Somit wird die Temperatur der nassen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial gesteuert. Die Temperatur der nassen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial in der Zentrifuge wird innerhalb des Temperaturbereichs vonn 20 ºC bis 30 ºC gehalten und vorzugweise bei 25 ºC ± 2 ºC.

Herstellung der nassen Mischung

Die erste Stufe 14 der Prozeßausrüstung wird dazu verwendet, eine nasse Mischung aus Metallazid und Metalloxid herzustellen, ohne vorherige Mischung des Metallazids und des Metalloxids in trockner Form. In dem Verfahren wird eine zugemessene Strömung frischen Wassers repräsentiert in Fig. 3 durch den Pfeil 62, in den Vormischtank 22 geleitet. Wenn eine zugemessene Strömung an Wasser in den Vormischtank 22 geleitet werden soll, so wird ein (nicht gezeigtes) Ventil geöffnet und eine vorbestimmte Wassermenge wird in den Tank abgegeben.
Eine durch den Pfeil 64 in Fig. 3 repräsentierte vorbestimmte Natriumazidpulvermenge wird ebenfalls in den Vormischtank 22 geleitet. Eine Gewichtseinspeisevorrichtung wird dazu verwendet, um die vorbestimmte Menge an Natriumazid zu wiegen und einzugeben. Natriumnitrat wird ebenfalls in den Vormischtank 22 zugegeben, wie dies durch den Pfeil 66 in Fig. 3 dargestellt ist. Die Menge an den Tank 22 zugegebenen Natriumnitrat wird ebenfalls mit einer Gewichtseingabevorrichtung gemessen. Der Vormischtank 22 enthält vorzugsweise 62,9 % Wasser, 26,3 % Natriumazid, welches sich in Lösung befindet, und 10,8 % Natriumnitrat, welches sich ebenfalls in Lösung befindet. Der Vormischtank 22 enthält somit eine gesättigte Lösung aus Natriumazid und Natriumnitrat.
Die gesättigte Lösung im Tank 22 wird durch einen Mischer 68 gemischt. Der Tank 22 ist mit einem abgerundeten oder bogenförmigen Boden versehen, um die Bildung einer homogenen gesättigten Lösung im Tank 22 zu fördern. Die gesättigte Lösung im Tank 22 wird durch eine Pumpe 70 rückgeführt, die die gesättigte Lösung vom Boden des Tankes durch eine Leitung 72 zurück in den Tank pumpt. Der Vormischtank 22 wird dann wieder gefüllt, wenn ein Pegelsensor 74 feststellt, daß der Pegel der Mischung im Tank 22 unterhalb einen vorbestimmten Pegel liegt. Es wird ins Auge gefaßt, daß das Volumen des Tankes 22 derart ist, daß dieser die Erfordernisse des Restes der Prozeßausrüstung für annähernd 24 Stunden erfüllen kann, bevor der Tank 22 wiedergefüllt werden muß.
Es wird ins Auge gefaßt, daß der Tank 22 und die Tanks 24, 26, 28, 36 und 40 und/oder Leitungen für die Tanks periodisch gespült werden. Die zum Spülen der Tanks und/oder Leitungen verwendeten Flüssigkeiten werden Natriumazid enthalten und andere in dem Prozeß verwendete Bestandteile. Die Flüssigkeit vom Spülen der Tanks kann dem Vormischtank 22 zugegeben werden. Wenn dies getan wird, so wird die Flüssigkeit zuerst zur Bestimmung ihrer Inhaltsstoffe analysiert. Sodann kann die Flüssigkeit modifiziert werden, damit sie die gleichen Bestandteile in den gleichen Proportionen besitzt, wie das Material im Vormischtank 22. Alternativ kann die Spülflüssigkeit dem Vormischtank 22 zugegeben werden und die Inhalte des Tankes 22 können analysiert werden und Bestandteile können dem Tank derart zugegeben werden, daß die Zusammensetzung der Mischung im Tank 22 nicht durch die Zugabe der Spülflüssigkeit beeinflußt wird. Durch die Verwendung der Spülflüssigkeit werden Materialien eingespart und die Abgabe der Flüssigkeit als Abfall wird vermieden.
Es besteht eine Tendcenz, daß sich Stickstoffwasserstoffsäure (im folgenden auch hydrazolische Säure genannt) (HN&sub3;) im Vormischtank 22 bildet. Stickstoffwasserstoffsäuredämpfung (im folgenden auch Hydrazolsäuredämpfe genannt) sind explosiv und giftig und sollten vermieden werden.
Auch verwendet die Bildung von Hydrazolsäure Natriumazid, wodurch die Menge des in der Lösung im Tank vorhandenen Natriumazid beeinflußt wird. Um die Bildung von SWS = Stickstoffwasserstoffsäure (im folgenden so abgekürzt) in dem Vormischtank 22 zu verhindern, wird der pH-Wert der Flüssigkeit im Vormischtank auf 10,5 oder oberhalb gehalten, und zwar vorzugsweise auf 11 oder oberhalb. Der pH- Wert der gesättigten Lösung in dem Vormischtank 22 wird durch eine Sonde 78 abgefühlt.
Um den pH-Wert der gesättigten Lösung im Vormischtank 22 auf 10,5 oder mehr zu halten, wird der gesättigten Lösung im Vormischtank 22 eine Base hinzugegeben. Somit wird immer dann, wenn die Sonde 78 abfühlt, daß der pH-Wert der gesättigten Lösung im Vormischtank 22 10,5 annähert, eine Zumeßpumpe 79 in Betrieb gesetzt. Der Betrieb der Zumeßpumpe 79 leitet eine zugemessene Strömung an Natriumhydroxid von einem Natriumhydroxidtank 46 zum Vormischtank 22. Wenn die Sonde 78 abfühlt, daß der pH-Wert der gesättigten Lösung im Vormischtank 22 angestiegen ist auf oder etwas oberhalb 11 ist, dann wird die Strömung von Natriumhydroxid in dem Vormischtank gestoppt.
Die Temperatur der gesättigten Lösung im Vormischtank 22 wird zwischen 20 ºC und 30 ºC und vorzugsweise auf 25 ºC ± 2 ºC gehalten. Dadurch, daß man die Temperatur der gesättigten Lösung im Vormischtank 22 zwischen 20 ºC und 30 ºC bei der Bildung von SWS-Dämpfen weiter mininmiert. Dies liegt daran, daß die SWS (hydrozolische Säure) bei ºC siedet. Das Halten der nassen Mischung im Vormischtank auf dieser Temperatur steuert zudem die Menge an im Wasser im Vormischtank 22 aufgelösten Natriumazid. Auf diese Weise wird die gewünschte Menge an Natriumazid in der Lösung im Vormischtank 22 beibehalten, und daher wird ein gewünschtes Materialgleichgewicht im Vormischtank aufrechterhalten.
Ein Temperatursensor oder eine Sonde 80 erstreckt sich in dem Vormischtank 22, um die Temperatur der nassen Mischung im Tank abzufühlen. Die Umgebung um den Tank herum und um die gesamte Prozeßausrüstung herum mit der möglichen Ausnahme des Trockners 58 wird innerhalb des Temperaturbereichs von 20 ºC bis 30 ºC gehalten, und zwar vorzugsweise auf 25 ºC ± 2 ºC. Zudem wird die relative Feuchtigkeit der Umgebung auf annähernd 40 % gehalten.
Eine endotherme Reaktion tritt zwischen dem Wasser und dem Natriumnitrat auf. Wegen der endothermen Reaktion zwischen dem Natriumnitrat (NaNO&sub3;), welches dem Vormischtank 22 zugegeben wird, und dem Wasser im Tank hat die nasse Mischung im Vormischtank 22 die Tendenz, sich abzukühlen. Daher wird der Vormischtank 22 erwärmt, um die nasse Mischung im Tank zwischen 20 ºC und 30 ºC und normalerweise bei 25 ºC ± 2 ºC zu halten. Dies wird dadurch erreicht, daß man eine relativ warme Flüssigkeit um die Außenseite des Vormischtanks 22 herum leitet.
Die gesättigte Lösung im Vormischtank 22 wird in einem Rückführtank 24 über eine Leitung 84 durch eine Pumpe 86 gepumpt. Zudem wird aus einer vorherigen Naßmischung aus Gaserzeugungsmaterial durch die Zentrifuge 50 entfernte Flüssigkeit in den Rückführtank 24 durch eine Leitung 88 geleitet. Da die Flüssigkeit von der vorherigen nassen Mischung die gleichen Bestandteile oder Inhaltsstoffe in Lösung in den gleichen Gewichtsprozentsätzen wie die Lösung im Vormischtank 22 aufweist, ist der Gewichtsprozentzsatz der Bestandteile im Rückführtank 24 der gleiche, wie die Gewichtsprozentsätze der Bestandteile im Vormischtank 22. Spurenmengen von Feststoffen können aus der vorherigen Naßmischung entfernt werden und werden in den Rückführtank geleitet.
Ein (nicht gezeigtes) Steuerventil für die Leitung 84 ist geschlossen und die Pumpe 86 wird dann gestoppt, wenn der den oberen Flüssigkeitspegel abfühlende Sensor 94 detektiert, daß der Flüssigkeitspegel im Rückführtank einen vorbestimmten maximalen Pegel erreicht hat. Wenn ein Sensor 96 für den unteren Flüssigkeitspegel detektiert, daß der Flüssigkeitspegel im Rückführtank 24 auf den gewünschten Minimalpegel reduziert wurde, dann wird das Ventil wieder geöffnet und die Pumpe 86 wird gestartet, um den Flüssigkeitspegel im Rückführtank 24 anzuheben. Ein Mischer 98 ist im Rundbodenrückführtank 24 vorgesehen, um die Bildung einer homogenen Lösung im Rückführtank zu fördern.
Um die Bildung von SWS (hydrazoischer Säure) im Rückführtank 24 zu vermeiden, wird der pH-Wert der gesättigten Lösung im Rückführtank 24 auf oder oberhalb 10,5 und vorzugsweise bei 11 gehalten. Wenn eine pH-Sensorsonde 100 detektiert, daß der pH-Pegel der gesättigten Lösung im Rückführtank 24 10,5 annähert, so wird eine Zumeßpumpe 102 betätigt, um eine Strömung an Natriumhydroxid (NaOH) vom Natriumhydroxidtank 46 zum Rückführtank 24 zuzumessen. Eine relativ kleine Menge an Natriumhydroxid ist erforderlich, um den pH-Wert der gesättigten Lösung im Rückführtank 24 auf einen pH-Wert von mindestens 10,5 zu halten.
Die Temperatur der gesättigten Lösung im Rückführtank 24 wird zwischen 20 ºC und 30 ºC gehalten und vorzugsweise bei einer Temperatur von 25 ºC ± 2 ºC. Ein Temperatursensor 104 fühlt die Temperatur der gesättigten Lösung im Rückführtank 24 ab
Die gesättigte Lösung vom Rückführtank 24 wird in den Hauptmischtank 26 über eine Leitung 108 durch eine Zumeßpumpe 110 gepumpt. Das Kühlen der Zumeßpumpe 110 wird durch einen Sensor 104 gesteuert. In den Hauptmischtank 26 wird eine durch den Pfeil 112 in Fig. 3 dargestellte vorbestimmte Menge an Natriumazid (NaN&sub3;) -Pulver der gesättigten Lösung vom Rückführtank 24 zugegeben. Die Menge zugeführten Natriumazidpulvers in dem Hauptmischtank 26 wird durch eine Gewichtseingabevorrichtung gemessen.
Zudem wird dem Hauptmischtank 26 durch den Pfeil 114 in Fig. 3 repräsentiertes Eisenoxid (Fe&sub2;O&sub3;) Pulver zugegeben. Die Menge zugegebenen Eisenoxids zum Hauptmischtank 26 wird ebenfalls durch eine Gewichtseingabevorrichtung gemessen. Die Zumeßpumpe 110 und die Gewichtseingabevorrichtungen für Natriumazid und Eisenoxid werden durch Pegelsensoren 146 bzw. 144 für maximale und minimale Flüssigkeitspegel gesteuert. Der Hauptmischtank 26 enthält vorzugsweise 51,5 Gew.% der Lösung vom Rückführtank, 19,1 Gew.% Eisenoxid und 29,4 Gew.% Natriumazid. Die nasse Mischung im Hauptmischtank 26 hat somit vorzugsweise 48,5 % Feststoffe. Die nasse Mischung im Hauptmischtank 26 kann jedoch zwischen 45 % und 55 % Feststoffe besitzen, um das Mahlen in der nassen Mischung zu erleichtern.
Um jedwede Möglichkeit von Feuer und/oder Explosion zu minimieren, werden die Natriumazid- und Eisenoxidpulver in den Hauptmischtank 26 ohne Vormischung in trockener Form eingegeben. Auf diese Weise werden das Natriumazidpulver und das Eisenoxidpulver gesondert in dem Hauptmischtank 26 eingebracht. Die Natriumazid- und Eisenoxidpulver kommen nicht miteinander in Berührung, wie sie durch die Flüssigkeit im Hauptmischtank 26 benetzt sind.
Die Naßmischung aus dem Hauptmischtank 26 wird durch eine Pumpe 118 der Schraubenbauart durch die Kollolidmühle 30, Leitung 120 und Elektromagnetventil 122 rezirkuliert. Anfangs wird das Elektromagnetventil 122 in einem Zustand betätigt, wo die nasse Mischung zum Hauptmischtank 26 durch eine Leitung 124 zurückgebracht wird.
Die Naßmischung vom Hauptmischtank 26 wird durch die Pumpe 118 durch die Kolloidmühle 30 rezirkuliert, und zwar mindestens 20 Minuten lang, bevor sie vom Hauptmischtank 26 zum Speisetank 28 geleitet wird. Durch die Rezirkulation der Naßmischung und der Mischung der Mischung im Tank mit der Mischvorrichtung 126 wird eine homogene Mischung erhalten. Die Naßmischung im Hauptmischtank führt ein Minimum von sechs Durchgängen durch die Kolloidmühle 30 durch, um die Natriumazidteilchen in der Naßmischung zu mahlen. Obwohl Eisenoxidteilchen einer un terschiedlichen Größe verwendet werden könnten, werden die Eisenoxidteilchen vorteilhafterweise in einer Größe derart geliefert, daß sie größenmäßig nicht durch die Kolloidmühle 30 reduziert werden müssen.
Zur Verhinderung der Bildung von SWS (hydrazoischer Säure), (HN&sub3;), wird der pH-Wert der Naßmischung im Hauptmischtank 26 auf oder oberhalb 10,5, und vorzugsweise auf 11 erhalten. Ein pH-Sensor 130 fühlt den pH-Wert der Naßmischung im Hauptmischtank 26 ab. Wenn der pH-Sensor 130 detektiert, daß der pH-Wert der Naßmischung im Hauptmischtank sich 10,5 nähert, so wird eine Zumeßpumpe 132 betätigt, um eine Strömung von Natriumhydroxidlösung vom Sekundärtank 46 in die Naßmischung des Hauptmischtanks 26 zuzumessen.
Zur weiteren Minimierung der Möglichkeit der Bildung von Dämpfen der SWS und zur Steuerung der Menge des Natriumazids in der Lösung wird die nasse Mischung in dem Hauptmischtank 26 auf eine Temperatur zwischen 20 ºC und 30 ºC und vorzugsweise auf 25 ºC ± 2 ºC gehalten. Ein Temperatursensor 136 fühlt die Temperatur im Hauptmischtank 26 ab. Die Naßmischung wird in der Kolloidmühle 30 gekühlt. Ein Temperatursensor (nicht gezeigt) ist nach der Kolloidmühle 30 vorgesehen, um die Temperatur der Mischung abzufühlen und um zusammen mit dem Temperatursensor 136 die Strömung eines Kühlmittels durch die Kolloidmühle zu steuern.
Nachdem die nasse Mischung im Hauptmischtank 26 durch die Kolloidmühle 30 mindestens zwanzig Mal rezirkuliert wurde, wird das Elektromagnetventil 122 betätigt, um eine Strömung der nassen Mischung von der Leitung 120 in den Speisetank 28 zu leiten. Das Ventil 122 bleibt betätigt, das heißt, die Strömung der Naßmischung in dem Speisetank 28 wird beibehalten, bis ein Pegelsensor 140 für den oberen Flüssigkeitspegel feststellt, daß der Maximalpegel im Speisetank 28 erreicht ist. Wenn ein Flüssigkeitspegel sensor 142 ein Minimumpegel im Tank 28 detektiert, so wird das Elektromagnetventil 122 wiederum betätigt, um die Naßmischung zum Speiseteank 28 zu zirkulieren.
Die Naßmischung im Speisetank 28 wird durch die Kolloidmühle 32 und Leitung 152 durch eine Pumpe 154 rezirkuliert. Ein Mischer 155 in dem Rundbodenspeisetank 28 fördert ferner die Aufrechterhaltung einer homogenen Mischung im Speisetank.
Die Temperatur der Naßmischung im Speisetank 28 wird auf einen Temperaturbereich zwischen 20 ºC und 30 ºC, vorzugsweise auf eine Temperatur von 25 ºC ± 2 ºC gehalten. Ein Temperatursensor 156 fühlt die Temperatur der Naßmischung im Speisetank 28 ab. Die Kolloidmühle 32 wird gekühlt, um die Temperatur der Naßmischung in der Kolloidmühle zwischen 20 ºC und 30 ºC, vorzugsweise auf eine Temperatur von 25 ºC ± 2 ºC zu halten. Ein (nicht gezeigter) Temperatursensor ist nach der Kolloidmühle 32 vorgesehen, um die Temperatur der Mischung abzufühlen und steuert zusammen mit dem Sensor 156 die Strömung des Kühlmittels durch die Kolloidmühle.
Während der Rezirkulation der Naßmischung durch die Pumpe 154 hält eine Pumpe 160 der Schraubenbauart einen kontinuierlichen Fluß der Naßmischung zur Kugelmühle 34 aufrecht, Auf diese Weise wird an einer T-Verbindung 164 die Strömung der Naßmischung von der Kollolidmühle 32 aufgeteilt, wobei der Hauptteil der Strömung zurück zum Speisetank 28 durch die Leitung 152 geht. Teil der Strömung der Naßmischung von der Kolloidmühle 32 wird jedoch von der offenen T-Verbindung 164 zur Pumpe 160 und Kugelmühle 34 geleitet. Im speziellen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß Fig. 3 ist die T-Verbindung 164 derart bemessen, daß die Strömung der Naßmischung vom Speisetank 24 in einem Verhältnis von 14:1 aufgeteilt wird. Auf diese Weise wird die 14fache Menge der Naßmischung durch die Rezirkulationsleitung 152 geleitet, und zwar verglichen mit der Menge, die zur Pumpe 160 durch die T-Verbindung 164 geleitet wird.
Sollte die Kugelmühle 34 aus einem nicht vorhergesehenen Grund verstopft werden, oder in anderer Weise ausfallen, so wird die Naßmischung durch eine Leitung 168 zu einer Kombination aus Druckfreigabe und Rückschlagventil 170 geleitet. Wenn der Strömungsmitteldruck in der Leitung 168 einen vorbestimmten Maximaldruck übersteigt, so öffnet das Ventil 170 und es gibt eine Strömung der Naßmischung durch die Leitung 168 zurück zum Speisetank 28.
Die Kugelmühle 34 mahlt kontinuierlich eine Strömung der Naßmischung von der Pumpe 160. Die Naßmischung wird in der Kugelmühle 34 gekühlt, um die Naßmischung innerhalb eines Temperaturbereichs zwischen 20 ºC und 30 ºC und vorzugsweise auf eine Temperatur von 25 ºC ± 2 ºC zu halten. Ein (nicht gezeigter) Temperatursensor ist nach der Kugelmühle 34 vorgesehen, um die Temperatur der Naßmischung abzufühlen und die Strömung des Kühlmittels durch die Kugelmühle zu steuern. Die Kolloidmühlen 30 und 32 und die Kugelmühle 34 sind effektiv hinsichtlich des Mahlens des Natriumazids von einem Teilchendurchmesser von annähernd 180 Mikron auf einen Teilchendurchmesser von annähernd 1 bis 5 Mikron.
Die Naßmischung sieht kontinuierlich von der Kugelmühle 34 in den Aufbereitungstank 36. Wenn jedoch ein Pegelsensor 174 für einen oberen Flüssigkeitspegel am Aufbereitungstank 36 detektiert, daß der Flüssigkeitspegel im Aufbereitungstank ein vorbestimmtes Maximum erreicht hat, dann wird der Betrieb der Pumpe 160 und der Kugelmühle 34 unterbrochen, um zu verhindern, daß der Aufbereitungstank 36 überfließt. Es wird ins Auge gefaßt, daß während des Normalbetriebs der Kugelmühle 34 es nicht notwendig sein wird, den Betrieb der Kugelmühle zu unterbrechen.
Um die Bildung von Dämpfen der SWS zu verzögern und um die Menge an Natriumazid in der Lösung zu steuern, wird die Temperatur der Naßmischung in dem Aufbereitungstank 36 zwischen 20 ºC und 30 ºC, vorzugsweise auf 25 ºC ± 2 ºC gehalten. Ein Temperatursensor 176 fühlt die Temperatur der Naßmischung im Aufbereitungstank 36 ab. Ein Mischer 178 ist in dem Aufbereitungstank 36 vorgesehen, um eine homogene Mischung im Aufbereitungstank aufrechtzuerhalten.
Eine Zumeßpumpe 182 pumpt dies anfängliche Naßmischung vom Aufbereitungstank 36 durch eine Leitung 184 zu dem zweiten Hauptmischtank 40. Die Kühlung der Zumeßpumpe 182 wird durch Sensor 176 gesteuert. Ein Pegelsensor 185 für den unteren Pegel detektiert, ob der Pegel der Mischung des Aufbereitungstanks 36 auf einen vorbestimmten Pegel ist und startet den Betrieb der Pumpe 182 dsann, wenn der Materialpegel im Tank 36 ausreicht, um eine charge an Material an den zweiten Hauptmischtank 40 zu liefern. In dem zweiten Hauptmischtank 40 werden gemessene Mengen an Graphit und Bentonit mit der Naßmischung vom Aufbereitungstank 36 gemischt. Es wird somit eine Graphitaufschlämmung von dem Graphitmischtank 42 durch eine Zumeßpumpe 188 und eine Leitung 190 in den zweiten Hauptmischtank 40 geleitet. Die Graphitaufschlämmung hat 15 Gew.% Graphit und 85 Gew.% Lösung. Die Lösung hat die gleichen Bestandteile in den gleichen Proportionen wie die Lösung im Vormischtank 22. Die Lösung hat 62,9 Gew.% Wasser, 26,3 Gews.% Natriumazid und 10,8 Gew.% Natriumnitrat.
Zudem wird Bentonitpulver der Naßmischubng in den zweiten Hauptmischtank 40 durch eine Leitung, die schematisch bei 192 in Fig. 3 gezeigt ist, hinzugegeben. Die Menge des hinzugebenden Bentonitpulvers zur Naßmischung im zweiten Hauptmischtank wird durch eine Gewichtseinspeisevorrichtung gemessen. Der zweite Hauptmischtank 40 enthält vorzugsweise 54,2 Gew.% gesättigte Lösung; 1,2 Gew.% Bentonit; 1,5 Gew.% Graphit; 17,0 Gew.% Eisenoxid und 36,1 Gew. % Natriumazid.
Die Naßmischung in dem zweiten Hauptmischtank 40 wird durch eine Pumpe 196 durch eine Kolloidmühle 198 und Leitung 200 zum zweiten Hauptmischtank 40 mit einer relativ hohen Rate oder Geschwindigkeit rezirkuliert. Die Naßmischung in dem zweiten Hauptmischtank 40 wird für eine hinreichende Zeitperiode in der Größenordnung von einer Stunde rezirkuliert, um sicherzustellen, daß eine homogene Mischung erhalten wird. Die Kolloidmühle 198 bewirkt die Agglomeration des Materials anstelle des Mahlens des Materials. Dies tritt deshalb auf, weil das Matetrial, wenn es durch die Kolloidmühle 198 fließt, zusammengemischt wird und die Tendenz hat, zusammenzuhaften. Zudem ist ein Mischelement 204 betätigbar, um die Mischung in dem zweiten Hauptmischtank 40 zu rühren.
Umdie Bildung von SWS (HN&sub3;) zu verzögern wird der pH- Wert der Naßmischung im zweiten Hauptmischtank 40 auf oder oberhalb 10,5 und vorzugsweise auf 11 gehalten. Ein pH-Sensor 206 ist vorgesehen, um den pH-Wert der Naßmischung im Hauptmischtank 40 abzufühlen oder zu messen. Wenn der pH-Wert der Naßmischung im Hauptmischtank 40 sich dem Wert 10,5 nähert, so wird eine Zumeßpumpe 209 betätigt, um Natriumhydroxidlösung vom Tank 46 in den zweiten Hauptmischtank 40 zu pumpen.
Die Gesamtmenge von Natriumhydroxidbase zugegeben zur Naßmischung in dem Vormischtank 22, der Rückführungstank 24, dem Hauptmischtank 26 und dem zweiten Hauptmischtank ist relativ klein. Somit ist die Gesamtmenge an Natriumhydroxid, die der Naßmischung zugegeben wird, kleiner als 0,5 % des Gewichtes des Natriumazids in der Naßmischung in dem zweiten Hauptmischtank. Diese Menge an Natriumhydroxid ist so klein, daß sie in Teilen dieser Anwendung ignoriert werden kann und als im Endprodukt und in dem rückgeführten Material als nicht-existent angesehen werden kann.Es sei bemerkt, daß andere bekannte Basen als Natriumhydroxid verwendet werden können, um den pH- Wert der Naßmischungen aus Gaserzeugungsmaterialien zu steuern.
Die Temperatur der Naßmischung im zweiten Hauptmischtank 40 und der Kolloidmühle 198 wird zwischen 20 ºC und 30 ºC vorzugsweise auf 25 ºC ± 2 ºC gehalten. Ein Temperatursensor 210 fühlt die Temperatur der Naßmischung in dem zweiten Hauptmischtank ab. Ein (nicht gezeigter) Temperatursensor ist ebenfalls nach der Kolloidmühle 198 vorgesehen, um die Temperatur der Mischung abzufühlen und um zusammenm mit dem Sensor 210 die Strömung von Kühlmittel durch die Kolloidmühle zu steuern.
Eine Zumeßpumpe 212 pumpt eine zugemessene Strömung an Naßmischung von dem zweiten Hauptmischtank 40 durch eine Leitung 214 zu einem Massenströmungssensor 216. Die Naßmischung fließt durch den Massenströmungssensor 216 in die Zentrifuge 50. Wenn ein Pegelsensor 220 für einen unteren Flüssigkeitspegel detektiert, daß der Flüssigkeitspegel in dem zweiten Hauptmischtank 40 ausreicht, um eine charge an die Zentrifuge 50 zu liefern, so daß die Pumpe 212 gestartet, Ein Pegelsensor 222 für einen oberen Flüssigkeitspegel zeigt an, daß der Pegel der Naßmischung im Tank 40 übermäßig ist und stoppt die Pumpe 182, um ein Überfließen zu vermeiden.
Die Zentrifuge 50 ist betätigbar, um überschüssge Flüssigkeit aus der Naßmischung zu entfernen, die von dem zweiten Hauptmischtank 40 erhalten wurde. Wenn die Naßmischung die Zentrifuge 50 verläßt, so besitzt sie einen Feuchtigkeitsgrad zwischen ungefähr 7% und ungefähr 11 % und vorzugsweise ungefähr 9 %. Die Naßmischung wird zu einem Extruder 54 geleitet, der die Naßmischung durch kleine Öffnungen drückt, um ein Extrudat von kleiner zylindrischer Gestalt zu bilden. as Extrudat wird in Kugeln oder Sphären geformt, und zwar durch einen Kugelbildner 56. Diese kugelförmigen Granalien oder Granulate werden sodann getrocknet, und zwar auf einen Feuchtegehalt von 1 % bis 5 Gew.% und sie werden bei der Bildung der Körper (Fig. 1 und 2) aus Gaserzeugungsmaterial verwendet.
Wenn der Feuchtegehalt der Naßmischung von der Zentrifuge zu hoch liegt, so wird das Material nach der Extrusion zusammenhaften. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt zu niedrig ist, dann wird sich der Extruder verstopfen. Ein geeigneter (nicht gezeigter) Feuchtigkeitsfühler fühlt die Feuchtigkeit im Materal von der Zentrifuge ab. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt zu niedrig ist, wird die Zentrifuge gesteuert, um die Betriebszeit zu reduzieren und somit wenig Feuchtigkeit zu entfernen. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt zu hoch liegt, wird die Zentrifuge für eine längere Zeitperiode betätigt. Die Zentrifuge wird auf eine Charge der Naßmischung für ungefähr 10 bis 11 Minuten ein, um die Naßmischung mit dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt von 7 % bis 11 % und vorzugsweise 9 % vorzusehen.
Die Körper 10 aus Gaserzeugungsmaterial müssen vorbestimmte Mengen an Natriumazid enthalten, um die gewünschte Menge an Stickstoffgas nur dann zu erzeugen, wenn die Körper 10 verbrannt werden. Wenn die aus der Naßmischung des Gaserzeugungsmaterials durch die Zentrifuge 50 entfernte Flüssigkeit zu viel aufgelöstes Natriumazid enthält, dann werden die Körper 10 aus Gaserzeugungsmaterial weniger als die gewünschte vorbestimmte Natriumazidmenge enthalten. Wenn die aus der Naßmischung des Gaserzeugungsmaterials durch die Zentrifuge 50 entferntke Flüssigkeit zu wenig aufgelöstes Natriumazid enthält, dann werden die Körper 10 aus Gaserzeugungsmaterial mehr als die gewünschte vorbestimmte Menge an Natriumazid enthalten.
Die Menge an Natriumazid, die in einer gegebenen Wassermenge aufgelöst werden kann, erhöht sich auch, wenn die Temperatur des Wassers ansteigt. Daher wird die Naßmischung aus Gaserzeugungsmaterial über den ganzen Prozeß hinweg so nahe wie möglich an 25 ºC ± 2 ºC mindestens auf 20 ºC bis 30 ºC gehalten. Infolgedessen enthält die durch die Zentrifuge 50 entfernte Flüssigkeit weder zu viel noch zu wenig Azid, was zur Folge haben würde, daß die verbleibende Mischung zu wenig (azidarm) oder zu viel (azidreich) Azid enthalten würde.

Die Vorrichtung

Die Zentrifuge so ist an einer Flüssigkeitsentfernungsstation angeordnet und reduziert den Feuchtigkeitsgehalt der Naßmischung des Gaserzeugungsmaterials auf Werte zwischen ungefähr 7 % und ungefähr 11 % und vorzugsweise auf 9 %. Unterschiedliche Zentrifugen können verwendet werden. Vorzugsweise enhält die Zentrifuge einen bekannten invertierenden Filter zur Unterstützung bei der Abgabe des Filterkuchens aus der Zentrifuge.
Die Kolloidmühle 30 ist schematisch in Fig. 4 gezeigt. Die Kolloidmühle 30 besitzt einen Einlaß 223, durch den die naße Mischung von dem Hauptmischtank 26 in die Kol loidmühle eintritt. Die Naßmischung von dem Hauptnmischtank läuft durch einen schmalen Mahlspalt 224 zwischen der ringförmigen Innenseitenoberfläche eines Stators 226 und einer ringförmigen Außenseitenoberfläche eines Rotors 228. Der Mahlspalt zwischen dem Rotor und Stator ist einstellbar zwischen 0,001 und 0,125 eines Zoll (inch). Der spezielle in der Kolloidmühle 30 vorgesehene Mahlspalt hängt von der Größe der Teilchen ab, die verwendet werden bei der Bildung der Naßmischung des Gaserzeugungsmaterials. Wenn die Naßmischung von dem Hauptmischtank 26 durch den Spalt 224 läuft, so werden die Teilchen in der Naßmischung gemahlen.
Obwohl die Konstruktion von nur der Kolloidmühle 30 IN Fig. 4 gezeigt ist, sei darauf hingewiesen, daß die Kolloidmühlen 32 und 98 gleiche Konstruktionen haben können wie die Kolloidmühle 30. Die Kolloidmühlen 30, 32 und 198 werden durch eine Strömung von Kühlflüssigkeit durch (nicht gezeigte) Mäntel um den Stator 226 und die Bahn 227 herum gekühlt, und zwar zusammen mit der nassen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial, die vom Mahlspalt kommt.
Die Konstruktion der Kugelmühle 34 ist in Fig. 5 gezeigt. Die Kugelmühle 34 besitzt einen Einlaß 232, durch den die Naßmischung vom Speisetank 28 durch die Zumeßpumpe 160 (Fig. 3) gepumpt wird. Es gibt eine kontinuierliche Strömung von Naßmischung durch eine zylindrische Mahlkammer 234 und einen Auslaß 236.
Die Mahlkamnmer 234 ist zu 80 % mit kugelförmigen Zirkonoxidkügelchen angefüllt, die einen Durchmeser von annähemd 1 Millimeter besitzen. Eine Vielzahl von kreisföremigen, offen-zentrierten Scheiben 238 dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 1150 bis 1600 U/minn in der Mahlkammer 234, um die Zirkonkügelchen zu bewegen. Dies hat zur Folge, daß die nasse Mischung aus Gaserzeugungsmaterial intensiven Schlag- und Scherbelastungen ausgesetzt wird, die durch die Zirkonoxidkügelchen erzeugt werden. Die Mahlkammer 234 der Kugelmühle 34 ist durch eine spiralförmige Kühlschlange 240 umgeben. Flüssiges Kühlmittel wird vom Einlaß 242 durch die Kühlschlange 240 zu einem Auslaß 244 geleitet, um die Naßmischung in der Mahlkammer 234 zu kühlen.
Wenn die Naßmischung aus Gaserzeugungsmaterial sich durch die Mahlkammer 234 bewegt, so hat die Naßmischung zwischen 45 % und 55 % Feststoffe in Gewichtsprozent und vorzugsweise 48,5 % Feststoffe. Wenn die Menge an Feststoffen kleiner als 45 % ist, hat sich herausgestellt, daß die Zirkonoxidelemente in der Kugelmühle 34 die Tendenz besitzt, sich selbst zu mahlen, während dann, wenn die Naßnischung mehr als 55 % Feststoffe besitzt, die Kugelmühle 34 die Tendenz hat, sich zu verstopfen.
Die Extrudiervorrichtung 54 (Fig. 6) ist von der sogenannten Schraubenbauart und besitzt eine Förderschraube 248, die die Naßmischung aus Gaserzeugungsmaterial zu einem Extruderkopf 250 transportiert. Der Extruderkopf 250 preßt die Naßmischung aus Gaserzeugungsmaterial durch keine Öffnungen 252 gebildet in einer zylindrischen Form 254. Die Naßmischung aus Gaserzeugungsmaterial mit einem Feuchtegehalt von annähernd 9 % wird durch die Öffnung 252 gedrückt und wird in ein zylidnrisches Extrudat 256 geformt. Vorzugsweise ist die Extrudiervorrichtung 54 eine solche der Zwei-Schraubenbauart. Jede der Schrauben weist ein Kühlmnittel auf, welches durch einen in der Schraube vorgesehenen Kühldurchlaß läuft.
Der Aufbau des Kugelformers 56 ist bekannt und schematisch in Fig. 7 gezeigt. Der Kugelformer 56 besitzt eine kreisförmige Scheibe 260, die durch eine Antrittswelle 262 gedreht wird. Die Oberseite der Scheibe 260 ist aus zwei Sätzen von Nuten geformt, die sich rechtwinklig schneiden.
Das zylindrische Extrudat 256 von dem Extruder 54 wird auf der Scheibe 260 nahe der Mitte plaziert. Die hohe Drehgeschwindigkeit der Scheibe 260 drückt das Extrudat 256 radial nach außen an die Scheibe. Wenn dies auftritt, so wird das Extrudat 256 gegen die Innenwand einer zylindrischen Schale 264 geschleudert. Zentrifugalkraft und Anziehungskraft erzeugen ein mechanisch fluidisierten Ring aus Extrudat, der gegen die Platte 260 und die Wand 264 rotiert. Wenn jedes der zylindrischen Extrudate rotiert, wird seine Form allmählich von zylindrisch auf kugelförmig geändert. Die Schale 264 kann erhitzt werden, um zu verhindern, daß Material an der Schale anhaftet, und zwar geschieht dies dadurch, daß man eine erwärmte Flüssigkeit durch (nicht gezeigte) Durchlässe in der Wand der Schale leitet.

Prozeß der Bildung von Körpern aus Gaserzeugungsmaterialien

Der Prozeß, durch den die Vorrichtung der Fig. 3-7 verwendet wird zur Bildung der Körper 10 aus Gaserzeugungsmaterial wird in der Strömungsdarstellung der Fig. 8 veranschaulicht und kann anhand der Beschreibung verstanden werden. Bei der Durchführung des Verfahrens ist der Schritt des Vormischens von Natriumazid (NaN&sub3;), Natriumnitrsat (NaNO&sub3;) und Wasser (H&sub2;O) bei 272 dargestellt. Das Vormischen des Natriunmazids, Natriumnitrats und Wasser erfolgt in dem Vormischtank 222 der Fig. 3. Die Folge der Reaktion des Natriumnitrats mit Wasser wird die Lösung im Vormischtank 222 wie bei 274 in Fig. 8 gezeigt, erhitzt.
Die durch den Vormischschritt 272 gebildete Lösung wird mit Flüssigkeit von der Zentrifuge 50 (Fig. 3) in einem Rückführschritt gemischt, der schematisch bei 276 in Fig. 8 dargestellt ist.
Die während des Rückführschrittes 276 gebildete Lösung wird mit zusätzlichem Natriumazid und mit Eisenoxid (Fe&sub2;O&sub3;) gemischt, um eine nasse Mischung in einem bei 278 in Fig. 8 gezeigten Schritt zu bilden. Das Eisenoxid und zusätzliches Natriumazid werden miteinander vermischt, und zwar ohne vorher das Eisenoxid und Natriumazid in trockener Form zu mischen. Da das Eisenoxid und Natriumazid nicht in einem trockenen Zustand miteinander gemischt werden, wir die Möglichkeit von Feuer und/oder Explosion minimierte.
Die nasse Mischung aus Natriumazid, Eisenoxid und Natriumnitrat wird in Kolloidmühlen 30 und 32 während eines ersten Mahlschrittes, wie bei 280 in Fig. 8 dargestellt ist, gemahlen. Die Naßmischung wird sodann in der Kugelmühle 34 während eines zweiten Mahlschrittes gemahlen, der bei 282 in Fig. 8 gezeigt ist. Während der Mahlschritte 280 nd 282 wird die Naßmischung aus gaserzeugendem Material gekühlt, um die Mischung im Temperaturbereich von 200 bis 30 ºC und vorzugsweise 25 ºC ± 2 ºC zu halten.
Nachdem die anfängliche Naßmischung aus Gaserzeugungsmaterial gebildet ist und das Gaserzeugungsmaterial wiederholt gemahlen ist, werden zusätzliche Bestandteile der Mischung in einem zweiten Hauptmischschritt zugegeben, was bei 284 in Fig. 8 angedeutet ist, um eine zweite Mischung zu bilden. In dem zweiten Mischschritt 284 werden Bentonit und Graphit zur anfänglichen Nassmischung aus Gaserzeugungsmaterial hinzugegeben. Während der Mischung des Bentonits und Graphits mit der anfänglichen Mischung aus Gaserzeugungsmaterial wird die Mischung auf eine Temperatur zwischen 20 ºC und 30 ºC, vorzugsweise auf 25 ºC ± 2 ºC gehalten.
Während der Vormisch-, Rückführ- und ersten und zweiten Hauptmischschritte 272, 276, 278 und 284 wird der pH-Wert des Gaserzeugungsmaterials kontinuierlich überwacht und auf oder oberhalb 10,5 und vorzugsweise aus 11 gehalten.
Dies wird dadurch erreicht, daß man kontinuierlich den pH-Wert des Gaserzeugungsmaterials abfühlt oder nicht und Natriumhydroxid (NaOH) zur Steuerung des pH-Pegels hinzugibt. Die Beibeshaltung des pH-Wertes auf oder oberhalb 10,5 vermeidet die Bildung von hydrazoischer Säure (HN&sub3;).
Nachdem die Gaserzeugungsmterialien hergestellt sind und der Mischschritt 284 vollendet ist, werden die Gaserzeugungsmaterialien zur Bildung von Granulaten verarbeitet, die zur Herstellung der Gaserzeugungskörper 10 der Fig. 1 und 2 verwendet werden. Zur Bildung der Granalien oder Granulate ist als erstes notwendig, den Feuchtegehalt des Gaserzeugungsmatetrials auf annähernd 9% zu reduzieren. Dies wird durch einen Zentrifugierschritt, der bei 288 in Fig. 8 dargestellt ist, erreicht. Die aus dem Gaserzeugungsmaterial während des Zentrifugierschritts 288 entfernte Flüssigkeit wird während des Rückführungsschritts 276 wieder verwendet.
Die nasse Mischung (Kuchen) des Gaserzeugungsmaterials folgt dem Zentrifugierschritt 288 wird extrudiert, wie dies schematisch bei 290 in Fig. 8 gezeigt ist, um ein kleines zylindrisches Extrudat aus Gaserzeugungsmaterial herzustellen oder zu bilden. Während des Extrudierschritts 290 wird das Gaserzeugungsmaterial durch ein Kühlmittel gekühlt, welches durch den Extrudierer geleitet wird.
Das Extrudat vom Extrudierschritt 290 wird in kugelförmige Granulate oder Granalien umgewandelt, und zwar in einem Kugelbildungsschritt 294. Die kugelförmigen Granalien werden sodann in einem Trockenprozeß 296 ausgesetzt, indem sie auf eine Feuchtigkeit von 1 bis 5 Gew.% getrocknet werden. Die Granulate oder Granalien können sodann für den späteren Gebrauch aufbewahrt werden. Die kugelförmigen Granalien werden aus dem Speicher entfernt und zusammengepreßt, wie dies bei 298 in Fig. 8 gezeigt ist, um Körper aus Gaserzeugungsmaterial zu erzeugen, die die gleiche Konfiguration besitzt wie die Körper 10 der Fig. 1 und 2. Obwohl der Preßschritt 298 zur Bildung der Körper 10 aus gaserzeugendem Material in Fig. 8 durch vier unterschiedliche Pressen ausgeführt dargestellt ist, können die Körper aus gaserzeugendem Material auch durch irgendeine andere Anzahl von Pressen hergestellt werden.
Sobald die Körper 10 aus gaserzeugendem Material durch den Preßschritt 298 gebildet sind, ist es bevorzugt, die Körper aus gaserzeugendem Material mit einem Zündverstärkmaterial zu überziehen, wie bei dies 302 in Fig. 8 dargestellt ist. Die überzogenen Körper aus gaserzeugendem Material werden sodann zu kontinuierlichen Öfen transferiert, wo sie in einem bei 304 gezeigten Schritt in Fig. 8 getrocknet werden. Die getrockneten Körper 10 aus gaserzeugendem Material werden sodann zum Gebrauch in Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystemen verpakt.
In der vorstehenden Beschreibung wurde der Fluß der verschiedenen Materialien in einer Art und Weise beschrieben wie der manuellen Betätigung verschiedener Steuerlemente entspricht. Es ist jedoch auch möglich, den Prozeß zur Gänze oder teilweise durch einen Computer zu steuern.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Gaserzeugungsmaterial, welches ein Alkalimetallazid und ein Metalloxid aufweist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

(a) Herstellen einer nassen Mischung aus dem erwähnten Alkalimetallazid und Metalloxid durch Hinzufügen des Metallazids und des Metalloxids gesondert zu Wasser zur Bildung einer Aufschlämmung, wobei die nasse Mischung einen ersten Feuchtigkeitsgehalt besitzt;

(b) Verarbeiten der nassen Mischung einschließlich des Aussetzens der nassen Mischung gegenüber Mahlen, während sie sich auf dem ersten Feuchtigkeitsgehalt befindet;

(c) Reduzieren der Feuchtigkeit der Mischung auf einen zweiten Feuchtigkeitsgehalt;

(d) Bilden von Granalien (Granulat) aus Gaserzeugungsmaterial, während der erwähnete zweite Feuchtigkeitsgehalt vorhanden ist; und

(e) Trocknen der Granalien aus Gaserzeugungsmaterial;

wobei die Mischung aus Gaserzeugungsmaterial sich von Schritt (a) bis zum Schritt (d) in einem feuchten Zustand befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Mahlen durch Kugelmühlenmahlen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die nasse Mischung während des Mahlens einen Feststoffgehalt im Bereich von ungefähr 45 Gewichtsprozent bis un gefähr 55 Gewichtsprozent besitzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Feuchtigkeitsgehalt im Schritt (c) auf ungefähr 7 bis 11 Gewichtsprozent reduziert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Mahlen auf eine durchschnittliche Teilchengröße von annähernd 1 bis 5 Mikron erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die nasse Mischung während des Mahlens des Schrittes (b) und des Formens des Schrittes (d) auf ungefähr 20 bis 30ºC gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei folgendes vorgesehen ist:

Zugabe zu der erwähnten Mischung einer Formhilfe und Verstärkungsfasern darauffolgend auf das Mahlen des Schrittes (b).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Formen des Schrittes (d) die Extrusion umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Reduktion der Feuchte im Schritt (c) durch Zentrifugalwirkung erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aufschlämmung in den Schritten (a) und (b) gesättigt ist und wobei die Aufschlämmung auf einer Temperatur von ungefähr 20 bis 30ºC und einem Feststoffgehalt von 45 bis 55 Gewichtsprozent gehalten wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei folgendes vorgesehen ist:

Rückführen der entfernten Feuchtigkeit des Schrittes (c) zum Schritt (a) und Halten der Mischung des Schrittes (c) auf 20 bis 30ºC bis zum Schritt (d), wobei der Feuchtigkeitsgehalt im Schritt (d) ungefähr 7 bis 11 Gewichtsprozent beträgt.