DE69201260T2

DE69201260T2 - Trennungsfreie Gaserzeugungszusammensetzung, bestehend aus lose aufgehäuften azidhaltige Pellets und dazwischen angeordneten kleinen silikatischen Partikel.

Info

Publication number: DE69201260T2
Application number: DE69201260T
Authority: DE
Inventors: John E Allard; Linda M Rink
Original assignee: Morton International LLC
Current assignee: Morton International LLC
Priority date: 1991-04-16
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2012-03-25
Also published as: EP0509655A1; CA2060148A1; US5104466A; JPH0570109A; DE69201260D1; JPH0811682B2; EP0509655B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Gemisch mit einer festen entzündbaren Gaserzeugungszusammensetzung eines Bestandteils für die schnelle Erzeugung eines äußerst reinen Gases, das im wesentlichen frei von Verbrennungspartikelrückstand und externen schädlichen und abstoßenden Gerüchen ist. Die Erfindung kommt besonders zur Verwendung bei Gaserzeugern oder Aufblasvorrichtungen, die zur Erzeugung von Stickstoffgas verwendet werden, um aufblasbare Fahrzeugkissen- oder Air-Bag-Rückhaltesysteme zu entfalten, damit die Insassen, Beifahrer wie der Fahrer selbst, vor schwerem Aufprall und möglicher Verletzung während eines Unfalls geschützt werden.
Nach dem Stand der Technik hat die Menge des Verbrennungspartikelrückstands oder der die Aufblasvorrichtung verlassende aus Feinstoff, wenn aktiviert, ein Problem dargestellt. Dieser Feinstoff ist zurückzuführen auf Flüssigkeiten und Gase, die durch die Pyrotechnik während der Verbrennung einer festen Gaserzeugungszusammensetzung erzeugt werden. Verschiedene chemische und mechanische Kühlungs- und Filteranordnungen, die vorgeschlagen wurden, waren nicht imstande, den in dem Aufblähungsgas enthaltenen Partikelrückstand auf einen erwünschten niedrigen Level zur Verhinderung von Beschwerden für die Fahrzeuginsassen, denen ein schwerer Aufprall während einer Kollision erspart werden soll, zu vermindern.
Es ist die Praxis, derartige Filtereinrichtungen in einer separaten Kammer in dem Gasstromweg zwischen der Verbrennungskammer und dem Auslaß der Aufblasvorrichtung vorzusehen. Typische Patente der Vereinigten Staaten, die derartige Filtereinrichtungen einschließen, sind Patent Nr. 3,985,076, erteilt am 12. Oktober 1976, und Patent Nr. 4,296,084, erteilt am 20. Oktober 1981, wobei beide Patente auf den Erbwerber der vorliegenden Erfindung übertragen wurden.
Es wurden Erzeugungszusammensetzungen vorgeschlagen, die Gemische aus Metallaziden, oxidierenden Metallverbindungen, und Oxide von Stoffen, wie etwa Siliciumdioxid, einschließen. Von dem Oxid wird angenommen, daß es mit dem toxischen festen Verbrennungsrückstand reagiert und ihn zu einem nicht-toxischen physiologisch unbedenklichen Rückstand umwandelt, speziell zu einem glasähnlichen Alkalisilikat, wenn das Oxid Siliciumdioxid ist. Patente der Vereinigten Staaten, welche derartige Zusammensetzungen beschreiben, sind Patent Nr. 3,883,373, erteilt am 13. Mai 1 975, und Patent Nr. 3,947,300, erteilt am 31. Mai 1 976. Im Patent Nr. 3,883,373 werden die Komponenten oder Bestandteile der Gaserzeugungszusammensetzung als in feinteiliger Form verwendet beschrieben, mit einer Teilchengröße von weniger als 100 Maschen Tyler-Siebgröße. Die Bestandteile im Patent Nr. 3,947,300 werden als gemahlen und so fein pulverisiert wie möglich und höchst aufgelöst und dann komprimiert beschrieben, um die Zusammensetzung zu bilden. Solche Zusammensetzungen lassen zu wünschen übrig, wegen der Schwierigkeit des einheitlichen Mischens von Siliciumdioxid, wie gewünscht, mit dem Metallazid und der Oxidaditionsmittelverbindung, wie erforderlich, damit das Siliciumdioxid mit den Rückständen reagiert und um befriedigende Verbrennbarkeit zu erreichen.
Gaserzeugungszusammensetzungen, die mit der Erzeugung nur des gewünschten Gasprodukts und eines festen Produktes in Form eines Sinters oder Klinkers verbrennen, das in dem Erzeugergehäuse gestaut wird, wurden ebenso nach dem Stand der Technik vorgeschlagen. Solche Zusammensetzungen werden in einigen Patenten der Vereinigten Staaten beschrieben wie folgt: Nr. 3,895,098, erteilt am 1 5. Juli 1 975, Nr. 3,931,040, erteilt am 6. Januar 1976, Nr. 3,996,079 erteilt am 7. Dezember 1976, und Nr. 4,062,708, erteilt am 13. Dezember 1977. In den Beschreibungen dieser Patente sind die Zusammensetzungen beschrieben, daß sie Gemische von Metalloxiden, wie etwa Nickeloxid oder Eisenoxid, und Alkalimetallazid umfassen. Eine Teilchengröße des Reaktionsoxid im Bereich eines kleinen um-Bruchteils bis zu ein paar um wird als wichtig angesehen, um eine Brenngeschwindigkeit zu erzeugen, die schnell genug zum Aufblähen eines aufblasbaren Insassenrückhaltesystems ist.
Anstrengungen, einen funktionsfähigen Gaserzeuger, der Gaserzeugungszusammensetzungen, wie oben beschrieben, verwendet, herzustellen, waren erfolglos. Die auftretenden Probleme schließen die Schwierigkeit beim Verdichten der Mischung zur Bildung eines stabilen Pellets und die Schwierigkeit der Zündung des Gemischs ein.
Es wurde herausgefunden, daß das Pelletisieren der Gas erzeugenden Zusammensetzung wichtig dafür ist, daß die Zusammensetzung über ausgedehnte Zeiträume von zehn (10) Jahren oder mehr zuverlässig bleibt, soviel, wie die Nutzungsdauer eines Fahrzeugs umfaßt, in welches ein Air-Bag-Schutz-Rückhaltesystem eingebaut werden soll, und zur Gewährleistung einer einheitlichen Oberfläche zum gleichmäßigen Verbrennen nach Zündung der Zusammensetzung. Sonst ist die Brenngeschwindigkeit nicht vorhersagbar. Zusätzlich besteht ohne das Pelletisieren eine Tendenz zur Verfestigung und Abtrennung der fein zerteilten Teilchen, nachdem der Gaserzeuger über eine ausgedehnte Zeit Erschütterung ausgesetzt wurde, die während normalem Gebrauch, besonders bei Installierung in einem Fahrzeug auftritt.
Gaserzeugungszusammensetzungen in pelletisierter Form, die als geeignet für gewünschte rasche Erzeugung von Stickstoffgas zur Entfaltung von Air-Bag-Rückhaltesystemen für Insassen befunden wurden, sind in einigen Patenten der Vereinigten Staaten, die auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragen wurden, beschrieben. Diese schließen ein das Patent Nr. 4,203,787, erteilt am 20. Mai 1980, und Patent Nr. 4,396,079, erteilt am 18. Januar 1983, deren Beschreibungen hier unter Bezugnahme eingearbeitet sind. Während das in diesen Patenten beschriebene gaserzeugende pelletisierte Material den Anforderungen der Brenngeschwindigkeit, Ungiftigkeit, und Flammtemperatur entspricht, ist die Menge des Teilchenverbrennungsrückstandes beim erzeugten Gas, wenigstens bei einigen Anwendungen, größer als erwünscht, selbst bei Verwendung von in dem Gasflußweg zwischen dei Brennkammer und dem Erzeugerauslaßvorgesehenen Filtereinrichtungen, und stellt so weiterhin ein Problem dar.
So besteht weiterhin ein Bedürfnis und eine Nachfrage nach weiterer Verbesserung bei Festtreibstoff-Gaserzeugern oder Aufblasvorrichtungen, besonders für die Erzeugung von reinem Stickstoffgas, das zur Entfaltung von aufblasbaren Kissen oder Air-Bag-Rückhaltesystemen für Fahrzeuge im wesentlichen frei ist von verbrennbarem Rückstand, oder spezieller ausgedrückt, nach Verminderung der Menge an verbrennbarem Teilchenrückstand, der aus dem Erzeuger oder der Aufblasvorrichtung heraus mit dem erzeugten Stickstoffgas in das aufblasbare Kissen oder den Air-Bag hinein strömt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, für die Verwendung als Treibstoff in einem Gaserzeuger oder einer Aufblasvorrichtung ein verbessertes Gemisch bereitzustellen, das als einen Bestandteil aus einem Alkalimetallazid und einer oxidierenden Verbindung zusammengesetzte Pellets einschließt, wobei dieses Gemisch bei Zündung gekennzeichnet ist durch einen wesentlichen Anstieg der Menge an Teilchenverbrennungsrückstand, manchmal als "Feinstoffe" bezeichnet, der in der Verbrennungskammer der Aufblasvorrichtung zurückgehalten wird, und als Begleiterscheinung die Verminderung der Menge solchen Teilchenverbrennungsrückstandes in dem Gasausfluß aus der Aufblasvorrichtung.
Die vorliegende Erfindung liefert ein verbessertes Gemisch zur Erzeugung von Stickstoffgas mit besonderer Verwendbarkeit zur Entfaltung eines aufblasbaren Kissens eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems, wobei das Gemisch im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen besteht:
a. einem Alkalimetallazid,
b. einer oxidierenden Verbindung in ausreichendem Mengenverhältnis, um im wesentlichen vollständig mit dem Azid unter Freisetzung von Stickstoff daraus zu reagieren, wobei das Azid und die oxidierende Verbindung in der Form von Pellets hergestellt sind, von denen jedes einzeln eine derartige geometrische Gestalt hat, daß bei ihrer Anhäufung in einer Masse zwischen den Pellets ein die Hohlräume dazwischen bildendes freies Volumen enthalten ist, und
c. einzelnen Teilchen von kieselsäurehaltigem Material, die wesentlich kleiner als die Pellets sind, wobei diese Teilchen zwischen den Pellets angeordnet sind und das freie Volumen dazwischen im wesentlichen füllen.
Mittels der Erfindung kann ein einfaches und effizientes Mittel bereitgestellt werden, um die Menge des Verbrennungsteilchenrückstandes, der die Verbrennungskammer eines Gaserzeugers oder einer Aufblasvorrichtung verläßt, wesentlich zu vermindern, wobei der Treibstoff eine pelletisierte, feste entzündbare gaserzeugende Zusammensetzung ist.
Die Erfindung stellt ebenso eine verbesserte Aufblasvorrichtung zur Entfaltung eines aufblasbaren Kissens eines Fahrzeug-Rückhaltesystems als Reaktion auf ein Fahrzeugkollisionssignal mit
einer Gehäuseeinrichtung, die wenigstens eine Ausgangsöffnung zum Führen eines Gasstromes aus der Gehäuseeinrichtung definiert,
gaserzeugendem Mittel, das in der Gehäuseeinrichtung angerdnet ist und das, wie oben beschriebene, gaserzeugende Mittel einschließt und
Einrichtungen, die so arbeiten, daß sie in Reaktion auf das Kollisionssignal die gaserzeugende Einrichtung thermisch entzünden, zur Verfügung.
Zur Erreichung dieser und anderer Ziele der Erfindung wird Glas oder anderes Siliciumdioxid enthaltendes Material der Gaserzeugung in Form von Pellets hinzugegeben, wenn die Pellets in die Verbrennungskammer der Aufblasvorrichtung geladen werden, und füllt die Zwischenräume, das heißt den leeren oder freien Raum, der zwischen den Pellets verfügbar ist. Wenn die Aufblasvorrichtung gezündet wird, d.h. thermisch gezündet oder aktiviert, werden durch den schnellen Verbrennungsvorgang oder Pyrotechnik erzeugte Flüssigkeit und/oder externe Gase gekühlt und zu einer festen Masse innerhalb der Verbrennungskammer kondensiert und darin eingeschlossen. Dies verringert die Menge des Verbrennungsteilchenrückstandes oder Feinstoffen in dem erzeugten Gasausstrom aus der Aufblasvorrichtung stark.
Die Zusammensetzung der Gaserzeugungspellets kann eine aus einer Reihe von Zusammensetzungen sein, die leicht verdichtet werden können, um ein festes Pellet zu bilden und den Anforderungen der Brenngeschwindigkeit, Ungiftigkeit und Flammtemperatur entsprechen. Zusammensetzungen, die verwendet werden können, sind in den vorerwähnten Patenten der Vereinigten Staaten Nr. 4,203,787 und 4,369,079 beschrieben.
Die verschiedenen Neuheitsmerkmale, die die Erfindung ausmachen, sind mit Ausführlichkeit in den anhängenden und einen Teil dieser Unterlagen bildenden Ansprüchen herausgestellt. Zum besseren Verständnis der Erfindung, ihrer Betriebsvorteile und der durch ihre Verwendung erreichten speziellen Ziele wird auf die beiliegenden Zeichnungen und das beschreibende Material Bezug genommen, in welchen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.
Mit dieser Beschreibung der Erfindung folgt eine detaillierte Beschreibung, wobei Bezug genommen wird auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung, welche einen Teil der Beschreibung bilden, wobei gleiche Teile durch die selben Bezugszeichen bezeichnet sind, und von denen
Fig.1 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Aufblasvorrichtung ist, in welcher die vorliegende Erfindung verkörpert ist,
Fig.2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 der Aufblasvorrichtung in Fig.1 ist und das einheitliche Gemisch der gaserzeugenden Pellets und der siliciumdioxidartigen Materialteilchen in der Verbrennungskammer der Aufblasvorrichtung vor dem Zünden, d.h. thermischen Aktivieren, darstellt,
Fig.3 eine der Fig.2 ähnliche Querschnittsansicht ist, die das Innere der Verbrennungskammer nach dem Zünden darstellt,
Fig.4 eine Graphik ist, die die Aufblasgeschwindigkeit einer Aufblasvorrichtung darstellt, die wie in Fig.1 und 2 dargestellt hergestellt wurde, in welcher die Erfindung aber nicht verkörpert ist, und
Fig.5 eine Graphik ist, die die Aufblasgeschwindigkeit einer Aufblasvorrichtung darstellt, die wie in Fig.1 und 2 dargestellt hergestellt wurde und in welcher die Erfindung verkörpert ist.
Der Aufbau des Gaserzeugers oder der Aufblasvorrichtung, in den Zeichnungen mit 10 verdeutlicht, kann einer der Art sein, wie in dem Patent der Vereinigten Staaten Nr. 4,561,675, erteilt am 31. Dezember 1985, beschrieben das auf den Erwerber der vorliegenden Erfindung übertragen wurde. Unter Bezugnahme darauf, wird die Beschreibung des Patents 4,561,675 hier eingearbeitet.
Wie am besten in den Fig. 1 und 2 zu sehen, hat die Aufblasanordnung 10 eine im wesentlichen zylindrische äußere Außenseite und schließt eine Gehäusekonstruktion 12 mit zwei Aufbaubestandteilen ein. Diese Bestandteile umfassen eine obere Ummantelung oder einen Ausströmraum 14 und eine untere Ummantelung oder einen Sockel 16, welche zur Leichtgewichtigkeit aus Aluminium bestehen können und die durch drei konzentrische, mit 18, 20 und 22 bezeichnete Schwungradreibschweißnähte verbunden sind. Die drei Schwungradreibschweißnähte werden gleichzeitig in einem einzigen Schweißvorgang ausgeführt.
Der Ausströmraum 14 kann durch das Schmieden mit drei konzentrischen Zylindern 24, 26 und 28 gebildet werden, welche sich nach unten von einer gemeinsamen flachen oberen Wand 30 erstrecken, um eine separate Schweißgrenzfläche mit dem Sockel 16 zu bilden. Der innere Zylinder 24 bildet in Zusammenspiel mit der Wand 30 und dem Sockel 16 eine zylindrische Zündkammer 32. Der zwischenliegende Zylinder 26 bildet in Zusammenspiel mit dem inneren Zylinder 24, der Wand 30 und dem Sockel 16 eine innere Kammer mit der Form eines Toroids, genauer eine Verbrennungskammer 34. Der äußere Zylinder 28 bildet in Zusammenspiel mit dem zwischen liegenden Zylinder 26, Wand 30, und Sockel 16 eine äußere Kammer 36, die ebenfalls die Form eines Toroids hat. Die Zylinder 24, 26 und 28 schließen jeder mehrere in gleichförmigem Abstand voneinander angeordnete Ausblasöffnungen oder Öffnungen 38, 40 bzw. 42, durch welche das erzeugte Aufblasgas hindurch in ein (nicht gezeigtes) aufblasbares Kissen oder einen Air-Bag für Fahrzeuge hineinströmt. Der Sockel 16 schließt eine Grenzflächenbefestigung 44 ein, welche verwendet wird, um die Aufblasanordnung 10 in einem Fahrzeug zu befestigen, dessen Insassen vor Verletzungen geschützt werden sollen, die sich aus einem Aufprall oder einer Kollision ergeben können.
Ein Zündladungsaufbau 46 ist in der Zündkammer 32 angeordnet. Auf dem Aufbau 46 ist eine Untergruppe mit einer Selbstzündungsvorrichtung 48 befestigt. Der Zündladungsaufbau 46 schließt zwei zylindrische Behälter ein, der eine bezeichnet mit 50 und der andere mit 52, wobei der Behälter 52 einen Teil der Untergruppe 48 umfaßt. Der Behälter 52 schließt einen relativ breiten Rand 54 ein, der hutförmig, und in umgekehrter und abgedichteter Art und Weise in dem oberen und offenen Ende des Behälters 50 angeordnet ist.
Der Behälter 50 enthält einen Zündstoff 56. Der Boden des Behälters, welcher geschlossen ist und in welchem eine Aussparung 58 gebildet ist, ruht auf einem Haltering 60, welcher in Preßsitz mit der zylindrischen Wandoberfläche der Zündkammer 32 gehalten wird. Zwischen dem Zündstoff in dem Behälter 50 und dem Ring 54 des Behälters 52 kann ein Abstandskissen 55 aus Keramikfaser angeordnet sein.
Der Behälter 52 enthält einen Zündstoff 62. Das Abdichtung zwischen den Behältern 50 und 52 kann durch eine geeignete Dichtungsmasse, wie etwa Silikongummi, auf bekannte Weise passend vulkanisiert, erreicht werden. Die Kante 64 des offenen Endes des Behälters 50 kann abgerundet sein, um mit der Form der Zündkammer 32 nahe der Wand, wobei die Oberfläche des Behälters 52 entfernt von dem Rand 54 in gutem thermischen Kontakt mit der anliegenden Oberfläche der Wand 30 steht, in Übereinstimmung zu sein.
Obwohl verschiedene pyrotechnische Stoffe als Zündstoff 56 verwendet werden können, ist ein bevorzugtes Material ein Granulatgemisch mit 25 Gewicht% Bor und 75 % Kaliumnitrat.
Dieses Gemisch wurde als mit einer sehr heißen Flamme brennend herausgefunden, die geeignet ist für die Zündung des Festtreibstoff-Gaserzeugungsmaterials, das, wie im folgenden beschrieben, in der Aufblasvorrichtung verwendet ist.
Der Zündstoff 62 in Behälter 52 kann jedes Granulat, Pulver oder andere Material, welches für lange Dauer bei Temperaturen bis zu 250º F (121º C) stabil ist, bei einer erwünschten Temperatur von etwa 350º F (177º C) sich automatisch entzündet, und einen heißen Gas/Ausflußausstoß bereitstellt, der ausreichend ist, um den Zündstoff 56 in Behälter 50 zu zünden. Ein Zündstoff 62, der als befriedigend herausgefunden wurde, ist Dupont 3031, ein Produkt von E. I. duPont de Nemours & Co., Inc. of Wilmington, Delaware.
Zweck der die Selbstzündungsvorrichtung 48 enthaltenden Untergruppe ist es, die Pyrotechnik zu zünden, d.h. den Zündstoff 56 in dem Behälter 50 und den gaserzeugenden Stoff 66 in der Verbrennungskammer 34 der Aufblasvorrichtung 10 bei einer Temperatur, welche niedriger ist als deren Zündungstemperaturen im Falle der Feueraussetzung der Aufblasvorrichtung während der Verschiffung, oder nach Einbau in einem Auto, um so die Entzündung der Pyrotechniken zu verhindern, wenn das Aluminium der Bauteile des Aufblasvorrichtungsgehäuses 14 und 16 wegen einer solchen Aussetzung abgebaut wurde und als ein Ergebnis eines solchen Abbaus dazu neigen kann, zu reißen und zu zerbrechen.
In die Aussparung 58 des Behälters 50 erstreckt sich eine Sprengkapsel 68, die einen konisch geformten unteren Abschnitt 70 hat und in einem Loch 72 mit einem passenden konischen oberen Abschnitt 74 befestigt ist. Das Loch 72 befindet sich, wie in Fig.2 gezeigt, in einem zentralen Abschnitt des Sockels 16. Die Sprengkapsel 68 wird in dem Loch 72 durch eine Klemmverbindung 76 zurückgehalten, die in dem Sockel 16 am unteren Ende des Lochs 72 gebildet ist und den konisch geformten unteren Abschnitt 70 der Sprengkapsel 68 überlappt und in ihn eingreift. Die Sprengkapsel 68 kann eine herkömmliche elektrische Sprengkapsel sein mit einem Einleitungskabelpaar 78, allgemein bekannt als "Schweineschwänze", die für die Verbindung mit (nicht gezeigten) externen Zusammenstoß-Sensoreinrichtungen vorgesehen sind. Passende Einrichtungen (nicht gezeigt) können für die Abdichtung der Sprengkapsel 68 in dem Loch 72 vorgesehen sein.
Entsprechend der Erfindung wird Glas oder Silicium enthaltender Stoff in Teilchenform, angedeutet durch Bezugszeichen 82, den Pellets 80 hinzugefügt, sobald die Pellets 80 in die Aufblasvorrichtung eingeladen werden und die Räume, d.h. jedes frei verfügbare Volumen zwischen den Pellets 80, füllen.
Die Pellets 80 und die Teilchen des Stoffes 82 umgebend befindet sich eine unter den Pellets 80 angeordnete innere Siebpackung oder ein Verbrennungskammerfilter 84. Die Siebpackung 84 kann wünschenswerterweise eine Grobsieb-Schicht (nicht gezeigt) einschließen, die an der inneren Oberfläche des konzentrischen Zylinders 26 anliegt. Ein scheibenförmiger Aluminiumrückhaltering oder eine solche Scheibe 86 hält während des Schwungradreibschweißvorgangs die Pellets 80, die Teilchen des Stoffes 82 und die innere Siebpackung 84 an Ort und Stelle und weg von dem rotierenden Sockel 16.
In der äußeren Toroid-Kammer 36 ist ein ringförmiger Aluminiumablenkring 88 vorgesehen. Der Ablenkring 88 kann aus Stahl gemacht sein und ist an seinem oberen Ende mit einem nach innen gerichteten gekrümmten Flansch 90 ausgebildet. Der Ablenkring 88 wird in Anpreßdruckeingriff mit der äußeren Oberfläche des Zylinders 26 an dessen innerem Ende an der Wand 30 des Ausströmraums 14 anliegend gehalten. Die Länge des Ablenkrings 88 ist derart, daß eine ringförmige Auslaßöffnung oder Loch 92 an desen unterem Ende geschaffen wird.
Ebenfalls in die Toroid-Kammer 36 eingeschlossen ist eine äußere Siebpackung oder Filter 94. Die Siebpackung 94 kann wünschenswerterweise eine an der inneren Oberfläche des Zylinders 28 anliegende Grobsiebschicht 96 einschließen.
Die Aufblasvorrichtungsanordnung 10 wird in gesamt geladenem Zustand geschweißt. Während des Schwungradreibschweißvorgangs wird die Anordnung des geladenen Ausströmraums 14, der die geladene und abgedichtete Zündladungsanordnung 46, die gaserzeugenden Pellets 80 mit den darunter gleichmäßig verteilten Teilchen des Stoffes 82, die innere Siebpackung 84, die Rückhaltescheibe 86, den Ablenkring 88 und die äußere Siebpackung 94 enthält, ortsfest in der Schwungradreibschweißmaschine gehalten. Die Rückhaltescheibe 86 hält die Pellets 80 und die Teilchen des Stoffes 32 an Ort und Stelle und dient auch dazu, diese von dem sich drehenden Sockel 16 während des Schwungradreibschweißens entfernt zu halten.
Während des Schwungradreibschweißens wird der Sockel 16 unterhalb des geladenen Ausströmraums 1 4 durch elektrisch angetriebene Greifeinrichtungen (nicht gezeigt) mit einer Geschwindigkeit, die typischerweise ungefähr 3000 U/min sein kann, gedreht. Nach Erreichen einer solchen Geschwindigkeit wird der Greifer betätigt, um die Stromquelle zu trennen, und der sich frei drehende Sockel 16 wird nach oben angehoben, um die konzentrischen Stummel 98, 100 und 102 des Sockels 16 mit den unteren Ende von einem von drei entsprechenden angebrachten konzentrischen Zylindern 24, 26 und 28 des Ausströmraums 14 in Verbindung zu bringen. Die sich ergebende Reibung stoppt die Drehung des Sockels 16 in Sekundenbruchteil, erhöht aber die Temperatur von jeder Kontaktfläche ausreichend, um in solchen Bereichen die Vereinigung des Metalls des Ausströmraums 14 mit dem Sockel 16 herbeizuführen. Für eine kurze Zeit, zum Beispiel eine Sekunde oder zwei, wird der Druck beibehalten, um es den Schweißstellen zu erlauben sich zu festigen.
Der Gehäuseaufbau 12 bietet eine Struktur zum Enthalten der Hochdruck-Aufblasgase, welche durch die Verbrennung der gaserzeugenden Pellets 80 erzeugt werden. Der normale Betrieb der Aufblasvorrichtungsanordnung 10 beginnt mit einem elektrischen Signal von einem Aufprall-Sensor (nicht gezeigt) auf dem Weg durch die Einführungsleitungsdrähte 78 zu der Sprengkapsel 68. Die Sprengkapsel 68 feuert in den geschlossenen Behälter 50, in welchem der Zündstoff 56 enthalten ist, hinein und durchbohrt ihn. Der Zündstoff 56 brennt, und die sich ergebenden heißen Gase sprengen durch die Wände des Behälters 50 und strömen durch die Öffnungen oder Löcher 38 in dem inneren Zylinder 24 in die Verbrennungskammer 34 hinein. Die heißen Zündgase zünden die gaserzeugenden Pellets 80, welche brennen und die Aufblasgase entlassen. Diese Gase strömen durch die innere Siebfilterpackung 84, und radial nach außen durch die Verbrennungskammeröffnungen oder Löcher 30. Die Siebfilterpackung 84 ist vorgesehen, um die Aufblasvorrichtungsgase zu kühlen und Teilchenverbrennungsrückstand daraus zu entfernen.
Eine Prallwand oder ein innerer Ablenkring 104, welche aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Material zusammengesetzt sein können, ist zweckmäßig, wie gezeigt, konzentrisch mit den Zylindern 24, 26 und 28 in der Verbrenungskammer 34 angeordnet, um Zündungsgase abzulenken, sobald sie durch die Öffnungen 38 hindurchgelangen, und verhindert dadurch einen Lötlampen-Effekt auf die Zündungsgase auf der inneren Siebfilterpackung 84. Die Prallwand 104 kann durch das Punktschweißen von mehreren, zum Beispiel drei, Haltevorrichtungen 106 in Abstand voneinander angeordnet und in Spannung gehalten werden. Die Prallwand 104 ist mit Zwischenraum vom Boden der Verbrennungskammer 34 angeordnet, um ausreichende Verteilung der Pellets 80 auf deren Boden zu gewähren.
Sobald die Gase die Verbrennungskammerlöcher 40 verlassen, werden sie von dem Ablenkring 88 nach unten gewendet, wo sie auf das Schweißabweisblech 108 von der zwischenliegenden Zylinder-Schwungradreibschweißstelle 20 auftreffen. Das Abweisblech 108 unterbricht den Gasstrom, welcher zur weiteren Entfernung von Teilchenmaterial aus den ausgestoßenen Gasen beiträgt. Die Aufblasvorrichtungsgase strömen dann radial nach außen durch eine ringförmige Ausstoßöffnung 110 zwischen dem Ablenkring 88 und der äußeren Siebfilterpackung 94, durch letztere hindurch, und schließlich radial nach außen durch die Ausgangsöffnungen oder Auslaßlöcher 42. Die Siebpackung 94 dient weiterhin dazu, die Ausstoßgase zu kühlen und Teilchenmaterial daraus zu entfernen.
Als ein Ergebnis der Hinzufügung des feinteiligen Glas oder Siliciumdioxid enthaltenden Stoffes 82 zur Füllung der Zwischenräume oder Hohlräume zwischen den Pellets 80 in der Verbrennungskammer 34, werden Flüssigkeiten und/oder externe Gase, die durch das Verbrennen des Zündstoffes 56 und 62 und dem Verbrennen der Pellets 80 erzeugt wurden, gekühlt und in der Aufblasvorrichtung zu einer festen Masse verdichtet. Es wurde herausgefunden, daß das Kühlen und Verdichten die Feinstoffmenge, die mit den Aufblasvorrichtungsgasen aus der Verbrennungskammer 34 herausströmt, also aus der Aufblasvorrichtung 10 hinaus in das Rückhalteschutzsystem, auf das Äußerste verringert.

Beispiel 1

Zum Zweck der Errichtung einer Basislinie wurden die Verbrennungskammern 34 jeder ersten, zweiten und dritten Aufblasvorrichtung, verarbeitet wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, mit fünfundachtzig (85) Gramm runder flacher Pellets 80 mit einer Abmessung von 0,25 inches (0,63 cm) im Durchmesser und 0,10 inches (0,254 cm) in der Dicke geladen. Die Zusammensetzung der Pellets bestand aus ungefähr 65,6 % Natriumazid (NaN&sub3;), 5,1 % Natriumnitrat (NaNO&sub3;), 28,3 % Eisenoxid (Fe&sub2;O&sub3;) und 1 % Molybdändisulfid (MOS&sub2;). Jede Aufblasvorrichtung wurde ihrerseits in einen geschlossenen, sauberen Tank mit einem Volumen von einem (1) Kubikfuß (0,0283 m³) gezündet und die Menge des Teilchenverbrennungsrückstandes, der in dem Aufblasvorrichtungsgas war, wurde gewogen. Um das Gewicht des Teichenrückstandes in jedem Fall zu messen, wurde ein sauberes Becherglas gewogen und mit einem Liter entionisierten Wassers gefüllt. Das Wasser wurde in den Tank hineingegossen und gründlich im Tankinneren herumgespült und dann zurück in das Becherglas gegossen. Nach Weg kochen des Wassers wurde das Becherglas erneut gewogen. Der Unterschied im Gewicht des sauberen Becherglases und dem nach Auskochen des Wassers, der das Gewicht des Teilchenverbrennungsrückstands in dem Aufblasvorrichtungsgas in den Tank umfaßt, wurde mit 0,14 Gramm, 0,12 Gramm bzw. 0,14 Gramm für die erste, zweite und dritte Aublasvorrichtung, herausgefunden.
Die Graphik von Fig. 4 stellt einen typischen Zeit-Druckanstiegswert für jede der drei Aufblasvorrichtungen von Beispiel 1 dar.Die Bezugnahme auf Fig. 4 zeigt, daß der maximal entwickelte Druck 420 Kilopascal bei ungefähr siebzig (70) ms nach Zünden der Aufblasvorrichtung betrug.

Beispiel 11

Die Verbrennungskammern von jeder vierten, fünften und sechsten Aufblasvorrichtung, die wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, verarbeitet wurden, wurden mit fünfundachtzig (85) Gramm runder flacher Pellets 80 mit einer Abmessung von 0,25 inches (0,63 cm) im Durchmesser und 0,10 inches (0,254cm) in der Dicke geladen. Zwanzig (20) Gramm Glasperlen 82 von einem (1) Millimeter wurden der Verbrennungskammer einer jeden Aufblasvorrichtung zugesetzt und unter den Pellets 80 angeordnet und füllten das freie Volumen um die Pellets. In jedem Fall war kein zusätzliches Volumen erforderlich, da die Glasperlen 82 das freie Volumen um die Pellets 80 füllten. Die Zusammensetzung der Pellets bestand aus ungefähr 65,6 % Natriumazid (NaN&sub3;), 5,1 % Natriumnitrat (NaNO&sub3;), 28,3 % Eisenoxid (Fe&sub2;O&sub3;) und 1 % Molybdändisulfid (MOS&sub2;). Jede Aufblasvorrichtung wurde ihrerseits in einen geschlossenen, sauberen Tank mit einem Volumen von einem (1) Kubikfuß (0,0283 m&sub3;) gezündet und die Menge des Teilchenverbrennungsrückstandes, der in dem Entfaltungsgas war, wurde gewogen. Um das Gewicht des Teilchenrückstandes in jedem Fall zu messen, wurde ein sauberes Becherglas gewogen und mit einem Liter entionisierten Wassers gefüllt. Das Wasser wurde in den Tank hineingegossen und gründlich im Tankinneren herumgespült und dann zurück in das Becherglas gegossen. Nach Wegkochen des Wassers wurde das Becherglas erneut gewogen. Der Unterschied im Gewicht des sauberen Becherglases und dem nach Auskochen des Wassers, der das Gewicht des Teilchenverbrennungsrückstands in dem Aufblasvorrichtungsgas in den Tank umfaßt, wurde mit 0,06 Gramm, 0,04 Gramm bzw. 0,02 Gramm für die vierte, fünfte und sechste Aublasvorrichtung herausgefunden.
Jede der vierten, fünften und sechsten Aufblasvorrichtungen von Beispiel 11 zeigte eine dramatische Verringerung des Verbrennungsteilchenausstoßes. Ohne die Perlen kam der Teilchenausstoß im Schnitt auf über 0,13 Gramm. Mit Hinzufügung der Glasperlen wurde die Verbrennungsteilchenmenge auf einen Durchschnitt von 0,04 Gramm verringert.
Eine der vierten, fünften und sechsten Aufblasvorrichtungen wurde, wie in Fig.3 dargestellt, aufgeschnitten und untersucht. Wie gezeigt, hatten die Glasperlen die Flüssigkeiten und Gase abgekühlt und verdichtet und eine mit 112 gezeigte feste Masse von Feinstoffrückstand nahe an den Ausgangsöffnungen oder Löchern 40 der Verbrennungskammer 34 erzeugt. Die verfestigte Masse 112 wurde in der Verbrennungskammer 34 eingeschlossen und wurde nicht in die Außenkammer der Aufblasvorrichtung 36 und dann aus den Auslaßöffnungen der Aufblasvorrivhtung 42 hinausgestoßen, wie es normalerweise gewesen wäre ohne Hinzufügung der Glasperlen 82 zu den Pellets 80 in der Verbrennungskammer 34. Eine genaue Untersuchung der verfestigten Masse 108 brachte an den Oberflächen der Perlen anhaftenden Feinstoffrückstand zum Vorschein.
Die Graphik von Fig.5 stellt einen typischen Zeit-Druckanstiegswert für jede der drei Aufblasvorrichtungen von Beispiel 11 dar. Wie in Fig.5 gezeigt, betrug der maximal entwickelte Druck 360 Kilopascal bei etwa 70 ms nach Zünden der Aufblasvorrichtung. Während der maximal entwickelte Druck niedriger ist als der in Beispiel 1 unter Verwendung von gaserzeugenden Pellets 82 nur in der Verbrennungskammer 34 entwickelte Druck, ist der Druck von 360 Kilopascal ausreichend und kann vorteilhafterweise in bestimmten Anwendungen verwendet werden, wo die Erzeugung eines reineren Stickstoff-Aufblasgases gewünscht wird.
Auf diese Art und Weise wurde ein einfaches und effizientes Mittel zur wesentlichen Verringerung der Menge an Feinstoffteilchenrückstand geschaffen, der in der Verbrennungskammer eines Gaserzeugers oder einer Aufblasvorrichtung existiert und folglich in dem erzeugten Gas besteht, wobei der in der Verbrennungskammer verwendete Treibstoff eine feste, brennbare gaserzeugende Zusammensetzung in Form von Pellets ist.
Es wurde ebenso der Erfindung entsprechend ein verbessertes Gemisch mit Verwendbarkeit in einem Gaserzeuger oder einer Aufblasvorrichtung geschaffen, wobei dieses Gemisch Pellets einschließt, deren Bestandteile ein Alkalimetallazid und eine oxidierende Verbindung, und einen zusätzlichen Bestandteil mit Teilchen von Siliciumdioxid einschließen, welche die Form von Glas oder Kieselsäurematerial haben können, wobei die Teilchen gleichmäßig unter den Pellets verteilt sind und im wesentlichen die Zwischen- oder Hohlräume zwischen ihnen füllen. Das verbesserte Gemisch ist dadurch gekennzeichnet, daß, wenn es in der Verbrennungskammer eines Gaserzeugers oder einer Aufblasvorrichtung gezündet wird, durch Pyrotechnik erzeugte Flüssigkeiten und/oder externe Gase innerhalb der Verbrennungskammer abkühlt und zu einer festen Masse verdichtet, und so die Menge an Feinstoffmaterial in den erwünschten von der Aufblasvorrichtung ausgestoßenen erzeugten Gasen auf das Äußerste verringert.

Claims

Patentansprüche

1. Gemisch zur Erzeugung von Stickstoffgas, im wesentlichen bestehend aus folgenden Bestandteilen:

a) einem Alkalimetallazid,

b) einer oxidierenden Verbindung in ausreichendem Mengenverhältnis, um im wesentlichen vollständig mit diesem Azid unter Freisetzung von Stickstoff daraus zu reagieren, wobei das Azid und die oxidierende Verbindung in der Form von Pellets (80) hergestellt sind, von denen jedes einzeln eine derartige geometrische Gestalt hat, daß bei ihrer Anhäufung in einer Masse zwischen den Pellets ein die Hohlräume dazwischen bildendes freies Volumen enthalten ist, und

einzelnen Teilchen (82) von kieselsäurehaltigem Material, die wesentlich kleiner als die Pellets sind, wobei diese Teilchen zwischen den Pellets angeordnet sind und das freie Volumen dazwischen im wesentlichen füllen.

2. Gemisch nach Anspruch 1, worin die Teilchen von kieselsäurehaltigem Material Glasteilchen umfassen.

3. Gemisch nach Anspruch 2, worin die Glasteilchen Glasperlen umfassen.

4. Gemisch nach einem der vorausgehenden Ansprüche, worin die geometrische Gestalt der Pellets rund und flach ist und die Teilchen von kieselsäurehaltigem Material Glasteilchen umfassen.

5. Gemisch nach Anspruch 4, worin die Pellets jeweils einen Durchmesser von etwa 0,25 Inch (0,635 cm) und eine Dicke von etwa 0,10 Inch (0,254 cm) haben und worin die Glasteilchen Glasperlen von einem (1) Millimeter umfassen.

6. Aufblasvorrichtung zum Aufblasen eines aufblasbaren Kissens eines Fahrzeuginsassen- Rückhaltesystems als Reaktion auf ein Fahrzeugkollisionssignal mit einem Gehäuse (12) mit wenigstens einer Ausgangsöffnung (38, 40, 42) zum Führen eines Gasstromes aus der Gehäuseeinrichtung, einem gaserzeugenden Gemisch nach einem der vorausgehenden Ansprüche, das in dem Gehäuse angeordnet ist, und Einrichtungen (68), die so arbeiten, daß sie in Reaktion auf das Kollisionssignal das gaserzeugende Gemisch thermisch zünden.

Patentansprüche für den Vertragsstaat ES

1. Aufblasvorrichtung zum Aufblasen eines aufblasbaren Kissens eines Fahrzeuginsassen. Rückhaltesystems in Reaktion auf ein Fahrzeugkollisionssignal mit

einem Gehäuse (12) mit wenigstens einer Ausgangsöffnung (38, 40, 42) zum Führen eines Gasstromes aus der Gehäuseeinrichtung und

einem in dem Gehäuse angeordneten Gemisch zur Erzeugung von Stickstoffgas und Einrichtungen (68), die so arbeiten, daß sie thermisch in Reaktion auf das Kollisionssignal das gaserzeugende Gemisch zünden, wobei das gaserzeugende Gemisch im wesentlichen aus den folgenden Bestandteilen besteht:

a) einem Alkalimetallazid,

c) einzelnen Teilchen (82) von kieselsäurehaltigem Material, die wesentlich kleiner als die Pellets sind, wobei diese Teilchen zwischen den Pellets angeordnet sind und das freie Volumen dazwischen im wesentlichen füllen.

2. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 1, worin die Teilchen von kieselsäurehaltigem Material Glasteilchen umfassen.

3. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 2, worin die Glasteilchen Glasperlen umfassen.

4. Aufblasvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, worin die geometrische Gestalt der Pellets rund und flach ist und die Teilchen von kieselsäurehaltigem Material Glasteilchen umfassen.

5. Aufblasvorrichtung nach Anspruch 4, worin die Pellets jeweils einen Durchmesser von etwa 0,25 Inch (0,635 cm) und eine Dicke von etwa 0,10 Inch (0,254cm) haben und worin die Glasteilchen Glasperlen von einem (1) Millimeter umfassen.