DE69835077T2

DE69835077T2 - Aufblasvorrichtung mit verteilter ladung

Info

Publication number: DE69835077T2
Application number: DE69835077T
Authority: DE
Inventors: Gregory Mesa Grace; Paul G. Scottsdale Apen; Gershon Scottsdale Yaniv; Joseph W. Scottsdale Coltman; Marvin K. Gilbert Richards
Original assignee: Zodiac Automotive US Inc
Current assignee: Zodiac Automotive US Inc
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2018-09-09
Also published as: JP3691076B2; EP0941180B2; CA2270914A1; KR100576950B1; US6062143A; EP0941180A4; DE69835077D1; AU9774198A; CA2270914C; JP2001519746A; WO1999012776A1; EP0941180B1; KR20000068925A; BR9806165A; DE69835077T3; EP0941180A1

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Festbrennstoff-Gaserzeugungsvorrichtungen für aufblasbare Systeme und insbesondere auf solche, wie sie in aufblasbaren Rückhaltesystemen verwendet werden.
Hintergrund der Erfindung
Bekannte aufblasbare Systeme verwenden typischerweise einen Initiator (wie beispielsweise eine elektronische Zündkapsel) und ein Verstärkermaterial (wie beispielsweise Borkaliumnitrat), um eine Umgebung zur entzünden, eine sehr viel größere Menge an gaserzeugendem Treibmaterial (wie beispielsweise Natriumazid, Kaliumnitrat oder Ammoniumnitrat und Bindemittel), die als Waver, Scheiben, Pellets oder Granalien ausgebildet sind. Das gaserzeugende Treibmittel dient als die Primäreinrichtung, durch die ausreichend Gas erzeugt wird, um das aufblasbare System zu entfalten. Der Initiator, das Verstärkermaterial und das umgebende gaserzeugende Treibmittel sind typischerweise in einer Metallstruktur oder -anordnung eingeschlossen, dessen Gesamtheit den Gaserzeuger bildet, der Aufblasgas für ein aufblasbares Bauteil (wie beispielsweise einen Airbag in einem Passagierfahrzeug) erzeugt.
Diese Gaserzeugeranordnung enthält typischerweise eine oder mehrere Innenkammern oder Trennwände sowie einen oder mehrere innere Filtersätze, die dazu bestimmt sind, (a) die Verbrennungsgeschwindigkeit des Treibmittels und die Gasmassenströmungsrate zu steuern, (b) die Temperatur der durch das Abbrennen des gaserzeugenden Materials erzeugten Gases zu reduzieren, und (c) beschleunigte Partikel auszufiltern, bevor die Gase durch Öffnungen in der Anordnung und in den Airbag selbst entweichen.
Der Gaserzeuger ist typischerweise an einer außerhalb des aufblasbaren Bauteils (z.B. eines Airbags) selbst gelegenen Stelle anordnet und ist an dem aufblasbaren Bauteil durch eine Leitung befestigt, durch die die erzeugten Gase in das aufblasbare Bauteil strömen, was zur Folge hat, dass sich das aufblasbare Bauteil entfaltet.
Solche bekannten Systeme sind beispielsweise in US 5 738 374 A (ein pyrotechnischer Gaserzeuger für einen Airbag, der eine ringförmige Ladung eines Gemischs aus Ammoniumperchlorat und Natriumnitrat mit einem Silikonbindemittel hat), US 5 623 115 A (ein Gasgenerator mit einem Pyrogenzünder, der ein einheitliches Korn aus Zündmaterial einschließt, mit einer Zündkapsel, die zur Zündung des einheitlichen Korns angeordnet ist), US 5 483 896 A (ein Gehäuse für eine pyrotechnische Aufblasvorrichtung, das als ein Filter zum Auffangen von Verunreinigungen und als ein Kühler zum Absorbieren von Wärme aus dem erzeugten Gas dient), US 5 443 286 A (eine Gaserzeugungspatrone, die von Filter- und Kühlsieben umgeben ist), US 4 200 615 A (ein linearer Zünder und pyrotechnisches Material, die sich in Längsrichtung innerhalb einer länglichen Umhüllung erstrecken), US 4 590 458 A (ein zweistufiger Gaserzeuger, in dem jede Stufe eine Brennkammer mit einem Zünder enthält) und US 4 923 212 A (eine leichtgewichtige pyrotechnische Aufblaseinrichtung, die aus sechs Einzelteilen besteht, einschließlich mechanischer Teile, einem Filter, einer Treibmittelanordnung und einem Initiator) beschrieben.
Hybride Aufblasvorrichtungen, wie beispielsweise die Aufblasvorrichtungen, die in US 5 670 738 A (eine hybride Aufblasvorrichtung, die Druckgas zusammen mit einem Initiator und einem pyrotechnischen Gaserzeuger verwendet), US 5 660 412 A (eine hybride Aufblasvorrichtung, die aus einem Druckgefäß besteht, die eine Hauptladung aus pyrotechnischem Material und eine Sekundärladung aus pyrotechnischem Material enthält, wobei die sekundäre Ladung Verbrennungsprodukte erzeugt, die die Hauptladung zünden), US 5 588 676 A (eine hybride Aufblasvorrichtung mit einem pyrotechnischen Gaserzeuger und einer ein unter Druck stehendes Gas speichernden Gaskammer), US 5 462 307 A (eine hybride Airbag-Aufblasvorrichtung mit einer ersten Kammer, die ein komprimiertes Gas enthält, und einer zweiten Kammer, die einen Zünder und pyrotechnisches Material enthält) und US 5131 680 A (eine Aufblasanordnung, die pyrotechnisches Material und einen Behälter eines Gases unter Druck enthält) beschrieben sind, verwenden ebenfalls gaserzeugende Einheiten, die vollständig getrennt und außerhalb von dem aufblasbaren Bauteil selbst (z.B. dem Airbag) angeordnet sind.
DE 41 34 995 A beschreibt ein Seitenaufprallsystem für ein Fahrzeug, enthaltend ein aufblasbares Kissen und eine Gaserzeugerschnur. Die Gaserzeugerschnur hat eine schnell brennende Außenschicht, die einen langsam abbrennenden Feststoff umgibt.
Beispiele aufblasbarer Bauteile, für die die vorliegende Erfindung zum Aufblasen verwendet werden kann, sind in US 5 282 648 A (Körper- und Kopf-Rückhalter), US 5 322 322 A (Seitenaufprall-Kopfschutz), US 5 480 181 A (Seitenaufprallkopfschutz) und US 5 464 246 A (tubusförmige Kissen) beschrieben, die hier sämtlich durch Bezugnahme eingeschlossen sind, sowie Fahrzeugairbags und andere aufblasbare Erzeugnisse.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein aufblasbares System angegeben, enthaltend:

(a) ein aufblasbares Bauteil;
(b) eine innerhalb des aufblasbaren Bauteils verteilte Ladung;
(c) einen Initiator in elektrischem Kontakt mit einem Aktivator, wobei der Initiator derart angeordnet ist, dass beim Zünden des Initiators im Ansprechen auf Signal, das vom Aktivator empfangen wird, der Initia tor die Zündung der verteilten Ladung einleitet, um dadurch Aufblasgas zu erzeugen und somit das aufblasbare Bauteil aufzublasen, dadurch gekennzeichnet, dass die verteilte Ladung eine Deflagrationsladung ist.

Das Aufblassystem der vorliegenden Erfindung kann zusammen mit einer großen Vielzahl aufblasbarer Systeme verwendet werden, wie beispielsweise mit aufblasbaren Rückhaltesystemen, aufblasbaren Schwimmsystemen oder passiven, aufblasbaren Sicherheitssystemen. Die Aufblasvorrichtung verwendet ein schnell abbrennendes Treibmittelmaterial, das innerhalb des aufblasbaren Bauteils selbst verteilt ist, um das Gas zu erzeugen, das das System aufbläst. Die Erfindung enthält allgemein ein verteiltes gaserzeugendes Material, das ein schneller abbrennendes Mittenkernzündmaterial enthält, das von zusätzlichem Treibmittel umgeben ist, oder verwendet ein homogenes Gemisch aus Zündmaterial und Treibmittel und enthält auch einen Initiator (z.B. eine elektronische Zündkapsel), das dazu dient, das gaserzeugende Material auf ein Signal von einer Einleitvorrichtung zu zünden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine gegen die Umgebung ülle verwendet, um die eingeschlossenen Materialien gegen Verunreinigung zu schützen und/oder die Abbrennraten und Wirkungen des Treibmittels und der Zündmaterialien zu verbessern
Das schnell abbrennende gaserzeugende Material oder die Ite Ladung ist dazu eingerichtet, innerhalb des Innenraums und in diesem verteilt des nicht entfalteten, aufblasbaren Bauteils selbst (z.B. ein Airbag) angeordnet zu werden. Es ist nicht notwendig, dass die Aufblasvorrichtung mit verteilter Ladung (DCI) innerhalb irgendeines Typs äußerem Gehäuses oder Baugruppe enthalten ist. Die vorliegende Erfindung ist einfacher und weniger teuer herzustellen, als die bekannten, oben aufgeführten Systeme, weil sie die komplizierte Serie von Kammern, Trennwänden oder Filtern nicht benötigt, die von den oben aufgeführten bekannten Systemen benötigt werden.
Die Aufblasvorrichtung wird typischerweise durch einen elektronischen Sensor aktiviert (beispielsweise durch einen elektronischen Aufprallsensor, wenn das aufblasbare Bauteil ein Airbag oder eine andere Sicherheitsvorrichtung ist, die im Falle eines Aufpralls entfaltet werden muss). Jedoch kann die Aufblasvorrichtung beispielsweise durch eine andere Art automatischer Vorrichtung aktiviert werden, oder sie kann durch eine mechanische Vorrichtung aktiviert werden, wie beispielsweise durch einen Knopf oder Schalter oder Griff, der durch einen Benutzer gedrückt, umgelegt, bzw. gezogen wird, um das aufblasbare Bauteil zu entfalten. Beispielsweise kann das Entfalten eines Rettungsfloßes automatisch durch einen Sensor aktiviert werden, der das Eintauchen des Rettungsfloßes in Wasser erfasst, oder er kann durch Ziehen eines Griffs durch einen Benutzer aktiviert werden. Die Vorrichtung (Aufprallsensor, mechanische Vorrichtung, Knopf, Schalter, Griff, Wassersensor oder andere Vorrichtung), die das Aufblasen des Systems aktiviert, wird hier nachfolgend als der Aktivator bezeichnet.
In vielen Anwendungsfällen ist die vorliegende Erfindung den oben aufgeführten bekannten aufblasbaren Systemen überlegen. Weil die Aufblasvorrichtung mit verteilter Ladung verteilt ist, anstelle in einem kleinen, geschlossenen Behälter eingeschlossen zu sein, wie in den oben aufgeführten bekannten Syste men, erzeugt er Gase und gibt er die erzeugten Gase mit sehr viel geringerer Explosivkraft frei, als die bekannten Systeme. Das interne DCI-System beseitigt wirklich das ungleichmäßige Aufblasen, Druckwellen und Trägheitseffekte von Gasen, die von außen angebrachten Gasgeneratoren in die aufblasbaren Bauteile eingeleitet werden. Darüber hinaus entfalten die mit einer DCI ausgerüsteten aufblasbaren Rückhaltesysteme sich weniger aggressiv als existierende Systeme, weil die Energie der expandierenden Gase im Wesentlichen gleichförmig in der gesamten aufblasbaren Struktur beim Entfalten verteilt ist.
Auch weil die DCI im Innern des aufblasbaren Bauteils verteilt ist, besteht keine Notwendigkeit, das aufblasbare Tuch- oder Balgmaterial gegen Druck, Wärme und hochschnelle Partikel an dem Punkt zu verstärken, an dem Gase mit hoher Energie in das aufblasbare Bauteil von dem außerhalb des aufblasbaren Bauteils angeordneten Gaserzeuger eingeleitet werden müsste. Weiterhin besteht keine Notwendigkeit eines verstärkten Füllrohres oder anderer Einrichtungen zum Schaffen einer sicheren Leitung vom Gaserzeuger zum aufblasbaren Bauteil.
Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie leicht für die spezielle Anwendung bemessen werden kann. Fast jede unterschiedliche Fahrzeugkonstruktion oder unterschiedliche Anordnung verlangt unterschiedliche Eigenschaften des Aufblassystems, z.B. ein anderes Volumen des aufblasenden Gases oder eine andere Aufblasgeschwindigkeit. Diese Probleme werden durch die vorliegende Erfindung leicht gelöst, einfach weil die Ladung innerhalb des aufblasbaren Bauteils verteilt ist. Beispielsweise erfordert der Einsatz der Erfindung von US 5 322 322 A in einem Fahrzeug mit einem längeren Fahrgastraum einfach die Vergrößerung der Länge des aufblasbaren Bauteils: dieses erhöht automatisch die Menge an verteilter Ladung innerhalb des aufblasbaren Bauteils. Weiterhin stellt sich anders als bei konventionellen, von außen aufgeblasenen Systemen die Frage einfach nicht, ob die Aufblasgeschwindigkeit gesteigert werden muss (so dass sich das gesamte aufblasbare Bauteil gleichzeitig aufbläst) – sie wird automatisch durch die vorliegende Erfindung beantwortet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schemazeichnung der verteilten Ladungsanordnung der vorliegenden Erfindung.
1a ist eine schematische Ansicht der Erfindung, in einem aufblasbaren System installiert.
2 ist eine schematische Darstellung einer verteilten Ladung mit der optionalen zusätzlichen gaserzeugenden Schicht.
3 ist eine schematische Zeichnung einer Aufblasvorrichtung mit verteilter Ladung.
3a ist eine schematische Ansicht der verteilten Ladung und ihrer Hülle.
4a–4m sind schematische Ansichten der Ausführung der im Beispiel beschriebenen, vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Zeichnung des im Beispiel 2 beschriebenen Airbags mit laminierter verteilter Ladung.
6 ist eine schematische Zeichnung des im Beispiel 3 beschriebenen, innen beschichteten Airbags.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 ist eine schematische Zeichnung der verteilten Ladungsanordnung und zeigt die verteilte Ladung 14, die Hülse 17 und den Initiator 11. 1 zeigt auch ein Gehäuse 12 für den Initiator, Anschlussstifte 18, die dazu dienen, den Initiator mit dem Aktivator (z.B. einem Aufprallsensor) elektrisch zu verbinden, eine Dichtung 13, eine Dichtung 15 und eine Endkappendichtung 16. Diese Dichtungen können in Form von O-Ringen, Dichtungsscheiben oder anderen geeigneten Formen vorliegen, die dazu dienen, die Anordnung gegen Feuchtigkeit und Verunreinigung abzuschließen. Es können typische Dichtungsmaterialien verwendet werden, wie Gummi, RTV und/oder Metalle.
Wenn der Aufprallsensor oder der andere Aktivator ermittelt, dass das aufblasbare Bauteil entfaltet werden muss, sendet er ein elektrisches Signal durch die Anschlussstifte 18 an den Initiator 11, was den Initiator 11 zündet. Der Initiator 11 beginnt dann die Deflagration der verteilten Ladung 14, was Aufblasgas erzeugt, und die Entfaltung des aufblasbaren Bauteils 3 (gezeigt in 1a). Der Initiator 11 kann eine elektronische Zündkapsel enthalten oder daraus bestehen, wie beispielsweise die elektronischen Zündkapseln, die dazu verwendet werden, die Entfaltung eines Kraftfahrzeug-Airbags einzuleiten.
1a ist eine schematische Zeichnung der Aufblasvorrichtung mit verteilter Ladung der vorliegenden Erfindung, in einem aufblasbaren System installiert. Auf Empfang eines elektrischen Signals vom Aktivator 1 über Leitungen 2 zündet der Zünder 11 die verteilte Ladung 14 und bläst das aufblasbare Bauteil 3 des aufblasbaren Systems 4 auf.
Wie in 2 gezeigt, kann eine optionale gaserzeugende Schicht dazu verwendet werden, zusätzliches Aufblasgas zu liefern. Diese optionale Schicht (oder Beschichtung) verdampft und/oder verbrennt in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung und Gestaltung. Die optionale Schicht oder Beschichtung kann aus flüssigen oder festen Bestandteilen in einer Beschichtung oder einer vergossenen Schicht zusammengesetzt sein und kann eine Vielfalt an Brennstoffen, Oxidantien, Additiven und anderen Materialien enthalten, die Aufblasgas erzeugen. Die optionale Schicht oder Beschichtung verdampft oder verbrennt in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung und je nach dem, ob die Bestandteile in der Schicht oder Beschichtung die Verbrennung unterstützen. Beispiele einer gaserzeugenden Schicht oder Beschichtung umfassen flüssige Chemikalien, wie Wasser, Alkohole und andere Chemikalien, die durch die Zuführung von Wärme verdampft werden können. Die Hülle schafft den Abschluss nach außen und kann auch Materialien für die zusätzliche Gaserzeugung anbieten. 2 zeigt ein Beispiel der Verwendung einer Schicht 21, die in einem Rohr 22 um eine verteilte Ladung 23 eingeschlossen sind, wobei Abstandshalter 24 das Rohr zusätzlich mechanisch abstützen.
3 ist eine schematische Zeichnung der verteilten Ladungsanordnung und zeigt den Initiator 31 in seinem Gehäuse 33 mit der verteilten Ladung 33, die mit einer Endkappe 36 verschlossen ist, und mit Leitungsdrähten 34, die den Initiator 31 mit einem elektrischen Verbinder 35 verbinden.
Die verteilte Ladung kann ein fester, monolithischer Block aus pyrotechnischen Materialien sein, die unter Verwendung von Bindemitteln in die gewünschte Gestalt gebracht sind, oder das pyrotechnische Material (mit oder ohne Bindemitteln) kann von einer äußeren Hülle, Schicht oder Beschichtung für den Umgebungsschutz umschlossen sein. Beispielsweise kann die Basis-DCI ein Gemisch von Amonium-, Guadinium- und/oder Triaminoguadiniumsalzen von Decahydrodecaborsäure und anorganischen Oxidantien, wie Ammoniumnitrat und/oder Kaliniumnitrat sein. Repräsentative Zusammensetzungen enthalten 5 bis 30 Gew.-% des Decahydrodecaboratsalzes und 70 bis 90 Gew.-% des Nitratsalzes. Die zusätzlichen Materialien können dazu verwendet werden, die Basis-DCI vor der Installation der Gesamt-DCI in das aufblasbare System zu beschichten, zu umwinden, zu umwickeln oder zu umkleiden.
3a ist eine schematische Zeichnung, die eine verteilte Ladung zeigt, die einen Kern aus Zündmaterial 37, eine optionale gaserzeugende Schicht oder Beschichtung 38 und eine Hülle 17 zeigt. Das Zündmaterial 37 ist ein gießbares, formbares extrudierbares, schnell deflagrierendes (verbrennendes) pyrotechnisches Material, wie beispielsweise Hydroboratbrennstoff mit zahlreichen Nitratoxidantien (z.B. eine schnell deflagrierende Schnur (RCD), hergestellt von Teledyne McCormick-Selph, Inc.), aus Hollister, CA, oder sekundäre Explosivstoffe, die in eine Metallhülle geladen sind (z.B. eine sanft detonierende Ladung (MDF), auch bekannt als Detonationsschnur geringer Energie oder LEDC, hergestellt durch die Ensign Bickford Company aus Simsbury, CT).
Materialien für die optionale gaserzeugende Schicht oder Beschichtung 38 enthalten Alkalimetallazide und organische Azide mit Polymerbindemitteln, Oxidantien und Metallen, die als die Beschichtungshülle oder Bindemittel verwendet werden. Eine mögliche Zusammensetzung für eine spezielle Anwendung kann beispielsweise ein Gemisch sein aus 20 bis 50 Gew.-% Natriumazid, 25 bis 35 Gew.-% Kaliumnitrat, 10 bis 15 Gew.-% Fluorelastomerbindemittel und 15 bis 25 Gew.-% Magnesium.
Energiereiche Treibmittel und Explosivstoffe, die der verteilten Grundladungszusammensetzung oder der Beschichtung oder Umwicklung hinzugefügt werden können, umfassen: Butantriolnitrat (BTTN), Pentaerythritoltetranitrat (PETN), Cyclotrimethylentrinitramin (RDX), Cyclotetramethylentetranitramin (HMX), Metrioltrinitrat (MTN), Trinitrotoluol, Nitroglycerin oder anorganische Oxidantien, Hexanitrostilben (HNS), Dipicramid (DIPAM) oder anorganische Oxidantien, wie Kaliumnitrat, mit Metallen, wie Magnesium.
Polymerbindemittel, die dazu verwendet werden können, die verteilte Ladung zu binden, sind Fluorelastomere, vernetzter Polybutadienkautschuk, vernetzter Polyacrylkautschuk, vernetzte Polyurethanelastomere und Polyvinylalkohol/Polyvinylacetat. Energiereiche oder gaserzeugende Polymere, die in dem DCI-System verwendet werden können, umfassen Glycidylnitratpolymere, Glycidylazidpolymer, Polytetrazole, Polytriazole, Nitrocellulose, Dinitropolystyrol, nitrierte Polybutadiene und nitrierte Polyether.
Die nach außen abgeschlossene Hülle 17, die die verteilte Ladung einschließt, kann hergestellt sein aus duktilen leicht extrudierbaren Metallen, wie Zinn (vorzugsweise) oder Silber, Antimon oder Kupfer oder auch aus Kunststoffen, wie Polyethylen, Polyurethanelastomer oder Fluorelastomeren. Die Hülle ist dazu bestimmt, die energiereichen gaserzeugenden Materialien zu versiegeln und zu schützen, um eine gleichförmige Verdampfung oder Verbrennung zu ermöglichen. Die Hülle reißt auf oder verdampft im Anschluss an die Zündung der verteilten Ladung. Damit die expandierenden Gase in die aufblasbare Anordnung strömen, sollten in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung keine Entlüftungslöcher oder andere Öffnungen in der Hülle vorhanden sein. Die verteilte Ladung, die zusätzlichen Treibmittel und die Hülle können in einer breiten Vielfalt von Gestalten und Größen ausgebildet werden, um zu der speziellen Anwendung zu passen, wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben wird.
Das aufblasbare Kissen, der Sack oder die Schwimmvorrichtung oder ein anderes aufblasbares Erzeugnis, das von der DCI entfaltet werden soll, kann bestehen aus Tüchern aus Polyester-, Nylon-, Aramid- oder anderen Fasern oder aus Tüchern, die mit Polyurethan, Silicon oder anderen Materialien beschichtet sind, aus Bälgen aus Polyurethanelastomeren, Siliconelastomeren, Neopren oder Vinylkautschuk oder auch Balgmaterialien, die in geflochtenen Tüchern enthalten sind, wie Nylon, Aramid, Mylar, Polyester oder andere Dünnfilmmaterialien.
Pyrotechnische Materialien, wie die oben beschriebenen RDC oder MDF, sind breit erhältlich und in einer breiten Vielfalt von Anwendungen seit 30 Jahren oder mehr verwendet worden. Sie werden typischerweise unter Verwendung einer angeschlossenen elektronischen Zündkapsel gezündet, die in vielen Anwendungen durch ein Signal von einem elektronischen Aufprallsensor oder einer anderen elektronischen Signalisierungsvorrichtung betätigt werden. Die vorliegende Erfindung kann in gleicher Weise unter Verwendung einer elektronischen Zündkapsel betätigt werden, die mit dem Sensor verbunden ist, der die Entfaltung des aufblasbaren Systems auslöst.
Die DCI kann in zahlreichen Größen und Konfigurationen hergestellt werden, je nach den Aufblasanforderungen des Systems, für das er bestimmt ist. Dieses kann von einer Folie oder einem dünnen Film oder von linearen oder tubusförmigen Ladungen bis zu breiten, flachen Folien aus DCI-Material reichen, die geschnitten, getrimmt oder in anderer Weise angepasst werden können. Das DCI-Material, gleichgültig, ob in linearer oder Folienform, kann im Querschnitt kreisförmig, keilförmig, rautenförmig, L-förmig oder in einer beliebigen Zahl anderer Konfigurationen ausgebildet sein. Wegen dieser Flexibilität und der innewohnenden Einfachheit der Erfindung ist der DCI einfacher anzubringen und weniger teuer herzustellen, als die gegenwärtig in Verwendung befindlichen Gaserzeugungssysteme.
Anders als die Materialien vom RDC-Typ, die man gegenwärtig in der vorhandenen Technik findet, ist die DCI nicht darauf beschränkt, einfach die schnelle Zündung anderer Materialien voranzubringen, deren Abbrand dann die Gasmengen erzeugt, die zum Aufblasen einer gegebenen Struktur notwendig sind. Das DCI-System ist ein vollständig autonom arbeitendes Aufblassystem.
Die DCI kann so gestaltet werden, dass in Abhängigkeit vom Muster der Verteilung der verteilten Ladung innerhalb eines gegebenen aufblasbaren Systems die Geschwindigkeit, mit der unterschiedliche DCI-Sektionen gezündet werden, die Anzahl oder der Ort elektrischer Zündkapseln, die zum Zünden des Materials verwendet werden, variable Aufblasgeschwindigkeiten und effektive Gesamtgasvolumina erzielt werden können. Die für die DCI verwendeten Materialien sollten flexibel und faltbar sein, so dass sie unter normalen Betriebsbedingungen nicht brechen oder schließen.
Beispiele
Die folgenden Beispiele von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen der Illustration der Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einem Seitenaufprall-Kopfschutzsystem (wie es beispielsweise in US 5 322 322 A beschrieben ist) an einem an der Tür montierten Seitenairbag bzw. in einem innen beschichteten Airbag.
Beispiel 1: Seitenaufprallkopfschutz: Dieses Beispiel ist in den 4a bis 4m dargestellt. Wie in 4a gezeigt, ist eine elektronische Zündkapsel 401, wie beispielsweise jene, die als Initiator für Kraftfahrzeugairbags von Special Devices, Inc. aus Mesa, Arizona, verwendet wird, mit einer verteilten Ladung 402 gepaart, z.B. einer schnell deflagrierenden Schnur (RDC), die von Teledyne McCormick Selph in Hollister, Kalifornien, hergestellt wird. Die verteilte Ladung ist mit der elektronischen Zündkapsel versiegelt, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen in die Anordnung zwischen der Ladung und der elektronischen Zündkapsel eindringen. Wie in 4b gezeigt, enthält die modifizierte RDC in einer Zinnhülle 403 vier bis sieben Körner pro Fuß schnell deflagrierendes Material (RDM) 404 und sieben bis 14 Körner pro Fuß (grains per foot) Kraftfahrzeugairbag-Treibmittel 405, wie Natriumazidtreibmittel, das von TRW in Mesa, Arizona, hergestellt wird. Das RDM und das Natriumazidtreibmittel werden in der Hülle vereinigt, in dem die Anordnung durch Walzen gezogen wird, wie in 4c gezeigt. Die modifizierte RDC wird auf einen Durchmesser y-y von 1/16'' bis 1/8'' und eine Wanddicke x-x für die Zinnhülle von 0,01'' bis 0,02'' gezogen, wie in 4d gezeigt. Die verteilte Ladung wird auf die geeignete Länge zz für die Anwendung (in diesem Falle etwa 35'') geschnitten. Das Ende der verteilten Ladung wird mit der elektronischen Zündkapsel unter Verwendung eines Klebstoffs gepaart und unter Verwendung einer Vergussmasse 410 vergossen, wie in 4e gezeigt. Die elektronische Zündkapsel oder der andere Initiator könnte alternativ eine mechanische Befestigung 411 aufweisen, wie in 4f gezeigt, so dass die verteilte Ladung an einem Initiator 412 durch Krimpen, Schweißen, Löten oder Vergießen angebracht werden könnte, so dass die verteilte Ladung gegen Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen versiegelt ist. Alternativ könnte anstelle den Initiator mit einer mechanischen Befestigung zu versehen, ein Gehäuse 413 verwendet werden, um die verteilte Ladung 402 mit einem Standardinitiator 414 unter Verwendung einer Dichtung 415 zu paaren, wie in 4g gezeigt.
Die Initiatorkappe 420 ist elektrisch mit der Zinnhülle 403 verbunden, und beide sind über die elektrische Verbindung mit der Sensorvorrichtung, wie in 4h gezeigt, geerdet (z.B. am Fahrzeugchassis). Ein Metallgehäuse 421 kann ebenfalls dazu verwendet werden, eine ordnungsgemäße Erdung zwischen dem Initiator und der Zinnhülle sicherzustellen, wie in 4i gezeigt. Der DCI wird in dem aufblasbaren Bauteil angeordnet und so versiegelt, dass die Stifte der elektronischen Zündkapsel oder des anderen Initiators freiliegen (siehe 4j, die die freiliegenden Drähte 423 zeigt). Alternativ kann der DCI innerhalb des aufblasbaren Bauteils eingeschlossen werden, z.B. mittels eines Spannbande, (siehe 4k, die das Spannband 424 zeigt).
Die verteilte Ladung 402 kann in ein gefaltetes aufblasbares Bauteil 425 eingeführt werden, wie in 4l gezeigt, oder es könnte einfach innerhalb des Airbag gefaltet werden. Die verteilte Ladung 402 könnte auch eingewebt oder in Kammern 430 oder Trennwänden 431 angebracht werden, die normalerweise das Aufblasen behindern würden (weil die Kammern oder Trennwände unter rechten Winkeln zur Gasströmung angeordnet sind), wie in 4m gezeigt.
Beispiel 2: An der Tür (oder am Sitz) angebrachter Seitenairbag:
Dieses Airbagsystem verwendet eine laminierte verteilte Ladung, die in 5 gezeigt, in der drei verteilte Ladungslaminate 51a, 51b und 51c in die linken, rechten und mittleren Sektionen des Airbags laminiert sind. Der Ladungsinitiator 52, z.B. eine übliche elektronische Kraftfahrzeugzündkapsel, ist mittels Drähten 54 mit einem Aufprallsensor oder anderen Aktivator verbunden. Ladungsstreifen 53a, 53b und 53c (z.B. Streifen aus RDM) führen vom Initiator 52 zu jeder der verteilten laminierten Ladungen 51a, 51b und 51c. Der Airbag ist gefaltet in der Reihenfolge längs Linien a-a, b-b und c-c, wie in 6 gezeigt.
Die Verbrennungsgeschwindigkeit, Länge und Eigenschaften der RDM-Streifen 53a, 53b und 53c sind so gewählt, dass die aufeinanderfolgende Entfaltung des Airbags kontrolliert erfolgt. Wenn beispielsweise alle drei Ladungsstreifen etwa die gleiche Länge haben, könnte der Streifen 53c die schnellste Verbrennungsgeschwindigkeit hat, so dass die Ladung 51c das mittlere Feld des Airbags als erstes aufbläst. Der Streifen 53b könnte die nächstschnellste Verbrennungsgeschwindigkeit haben, so dass die Ladung 51b das rechte Feld des Airbags als nächstes aufbläst. Der Streifen 53a könnte die langsamste Verbrennungsgeschwindigkeit haben, so dass die Ladung 51a das linke Feld des Airbags als letztes aufbläst. Alternativ könnte der zeitliche Ablauf unter Verwendung von Ladungsstreifen gleicher Verbrennungsgeschwindigkeit aber unterschiedlicher Längen gesteuert werden. Bei Verwendung von Ladungsstreifen gleicher Verbrennungsgeschwindigkeit würde somit der Ladungsstreifen 53c der kürzestes Ladungsstrei fen sein, der Ladungsstreifen 53b wäre der nächst längere und der Ladungsstreifen 53a wäre der längste, so dass die Ladungen 51c, 51b und 51a nacheinander zünden würden.
Eine Alternative zur Ausführungsform von 5 ist die Verwendung mehrerer Initiatoren (anstelle von lediglich von einem Initiator), wie in 5a gezeigt. In diesem Falle hat jede der Sektionsladungen 51a, 51b bzw. 51c ihren eigenen, getrennten und unabhängigen Initiator 54a, 54b bzw. 54c, die in einer gewünschten Folge ausgelöst werden könnten, indem die geeignete Folge elektrischer Signale den Initiatoren über Drähte 54a, 54b bzw. 54c zugeführt werden, um die Zündung von Ladungsstreifen 53a, 53b bzw. 53c zu beginnen. Auch kann ein Initiator die Entfaltung gewisser Sektionen des Airbag einleiten und weitere Initiatoren können die Entfaltung anderer Sektionen des Airbag einleiten, indem eine Kombination der Zeitlage der elektrischen Signale und der Verbrennungsgeschwindigkeit der Ladungsstreifen verwendet wird, um die geeignete Aufblasfolge zu erzielen. Weiterhin können elektrische Signale zusätzlich zu elektrischen Signalen vom Aktivator (z.B. elektrische Signale, die die Position des Fahrzeugsitzes angeben) die Entfaltungsfolge bestimmen. Alternativ kann eine Ladungsfolie anstelle eines Streifens verwendet werden, wobei die Abmessungen und die Geometrie der Folie so gewählt sind, dass die Sektionsladungen in der gewünschten Folge gezündet werden.
Die Entfaltung anderer Airbags oder anderer aufblasbarer Bauteile kann in gleicher Weise eingeleitet und in einer gewünschten Zeitfolge kontrolliert werden, um ein aufblasbares System zu schaffen, das in der wirkungsvollsten Folge zu den richtigen Zeitpunkten im Ansprechen auf das Signal vom Aktivator und entsprechend zahlreicher Eingaben, wie der Aufprallgeschwindigkeit, der Fahrgastgröße oder der Position des Sitzes oder des Fahrgastes entfaltet.
Beispiel 3: Innenbeschichteter Airbag: Ein anderer Aufbau ist in 6 gezeigt. Das Airbagtuch 61 ist innen mit gaserzeugendem Material 63 beschichtet. Die Zusammensetzung dieses gaserzeugenden Materials ist die gleiche, wie die Zusammensetzung des oben beschriebenen DCI, mit der Ausnahme, dass keine äußere Hülle verwendet wird. Das gaserzeugende Material kann an dem Tuch entweder vor oder nach dem Zusammensetzen des Airbags angebracht werden. Der Initiator 19 bewirkt die Zündung des gaserzeugenden Materials 63. Eine Klemme 62 dichtet das Airbagtuch am Initiator 19 ab.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen und auf spezielle Beispiele näher erläutert. Der Schutzumfang der Erfindung ist jedoch nicht auf die speziellen Ausführungsformen und Beispiele beschränkt, die hierin beschrieben sind, sondern ist nur durch die beigefügten Ansprüche bestimmt.

Claims

Aufblasbares System (4), umfassend: (a) ein aufblasbares Bauteil (3, 425, 61); (b) eine Ladung (14, 23, 33, 402, 51, 63), die in dem aufblasbaren Bauteil (3, 425, 61) verteilt ist; (c) einen Initiator (11, 31, 412, 414, 52, 54, 19), der mit einem Aktivator in elektrischem Kontakt ist, wobei der Initiator (11, 31, 412, 414, 52, 54, 19) derart angeordnet ist, dass er nach einer Zündung des Initiators (11, 31, 412, 414, 52, 54, 19) im Ansprechen auf ein vom Aktivator empfangenes Signal die Zündung der verteilten Ladung (14, 23, 33, 402, 51, 63) einleitet und dadurch ein Aufblasgas erzeugt und somit das aufblasbare Bauteil (3, 425, 61) aufbläst, dadurch gekennzeichnet, dass die verteilte Ladung (14, 23, 33, 402, 51, 63) eine Deflagrationsladung (14, 25, 33, 402, 51, 63) ist.
System nach Anspruch 1, bei dem die verteilte Ladung (14, 23, 33, 402, 51, 63) ein Gemisch aus wenigstens zwei Materialien ist.
System nach Anspruch 2, bei dem eines der Materialien aus Ammonium-, Guadinium- oder Triaminoguadiniumsalz von Decahydrodecaborsäure ausgewählt ist.
System nach Anspruch 2 oder 3, bei dem eines der Materialien Kaliumnitrat ist.
System nach Anspruch 1, bei dem die verteilte Ladung (14, 23, 33, 402, 51, 63) zwei oder mehr Materialien umfasst, welche ausgewählt sind aus Alkalimetallaziden, organischen Aziden mit Polymerbindemitteln oder Oxidantien sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die verteilte Ladung (63) auf wenigstens eine innere Oberfläche des aufblasbaren Bauteils (61) aufgetragen ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das aufblasbare Bauteil (3) ein Airbag ist, der eine erste Vielzahl von Sektionen aufweist und bei dem die verteilte Ladung (51) derart verteilt ist, dass eine Sektionsladung (51, 51b, 51c) in jeder einer zweiten Vielzahl von Sektionen enthalten ist, wobei die zweite Vielzahl gleich der oder kleiner als die erste(n) Vielzahl ist.
System nach Anspruch 7, bei dem der Initiator (52) mit jeder Sektionsladung durch einen Sektionsladungsstreifen (53a, 53b, 53c) verbunden ist.
System nach Anspruch 8, bei dem die Sektionsladungsstreifen (53a, 53b, 53c) unterschiedliche Brenngeschwindigkeiten haben, so dass die Sektionsladungen (51a, 51b, 51c) nacheinander gezündet werden.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Initiator (11, 31, 412, 414, 52, 54, 19) einen elektronischen Detonator enthält.
System nach Anspruch 1, umfassend: (a) das aufblasbare Bauteil (3); (b) die in dem aufblasbaren Bauteil (3) verteilte Ladung (23) zum Erzeugen von Aufblasgas; (c) eine Schicht aus zusätzlichem, gaserzeugenden Material (21), die um das aufblasbare Bauteil (3) angeordnet ist; (d) eine Hülle (22), die die Schicht aus dem zusätzlichen gaserzeugenden Material (21) und die Ladung (23) in dem aufblasbaren Bauteil (3) einschließt; (e) den Initiator (11) in Kontakt mit der Ladung (23), um die Ladung (23) zu zünden; und (f) den Aktivator in Form einer Einleitvorrichtung, die elektrisch mit dem Initiator (11) verbunden ist, um die Entfaltung des aufblasbaren Bauteils (3) einzuleiten; wobei der Initiator (11) in der Lage ist, im Ansprechen auf ein Signal von der Einleitvorrichtung zu zünden, um dadurch die Ladung (23) zu zünden und Aufblasgas zu erzeugen, das das aufblasbare Bauteil (3) aufbläst.
System nach Anspruch 11, bei dem die verteilte Ladung (23) ein Monolithblock aus pyrotechnischen Materialien ist.
System nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die verteilte Ladung (23) wenigstens ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus Ammonium-, Guadinium- oder Triaminoguadiniumsalzen von Decahydrodecaborsäure.
System nach Anspruch 13, bei dem die Ladung (23) weiterhin wenigstens ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus Natriumazid, Kaliumnitrat und Magnesium.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die Ladung (23) ein Polymerbindemittel umfasst.
System nach Anspruch 15, bei dem das Polymerbindemittel ausgewählt ist aus Fluorelastomeren, vernetztem Polybutadienkautschuk, vernetztem Polyacrylkautschuk, vernetztem Polyurethanelastomer, Polyvinylalkohol oder Polyvinylacetat.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem die Ladung (23) ein energiereiches gaserzeugendes Polymer umfasst.
System nach Anspruch 17, bei dem das energiereiche gaserzeugende Polymer ausgewählt ist aus Glycidylnitratpolymeren, Glycidylazidpolymer, Polytetrazolen, Polytriazolen, Nitrocellulose, Dinitropolystyrol, nitrierten Polybutadienen oder nitrierten Polyethern.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem die Ladung (23) ein energiereiches Treibmittel umfasst.
System nach Anspruch 19, bei dem das energiereiche Treibmittel ausgewählt ist aus Butantrioltrinitrat, Pentaerythritoltetranitrat, Cyclotrimethylentrinitramin, Cyclotetramethylentetranitramin, Metrioltrinitrat, Trinitrotoluol, Nitroglycerin, Hexanitrostilben, Dipicramid oder Gemischen aus einem Metall und einem anorganischen Oxidans.
System nach Anspruch 1, umfassend: (a) das aufblasbare Bauteil (3) in der Form eines aufblasbaren Bauteils, das eine erste Vielzahl Sektionen enthält; (b) die Ladung (51), die als laminierte Sektionsladungen (51, 51b, 51c) innerhalb einer zweiten Vielzahl Sektionen des aufblasbaren Bauteils (3) verteilt ist, zum Erzeugen von Aufblasgas, um das aufblasbare Bauteil (3) aufzublasen, wobei die zweite Vielzahl gleich der oder kleiner als die erste(n) Vielzahl ist; (c) den Initiator (54) in der Form wenigstens eines Initiators (54a, 54b, 54c) in Kontakt mit den Sektionsladungen (51a, 51b, 51c) zum Zünden der Sektionsladungen (51a, 51b, 51c), wobei jede Sektionsladung (51a, 51b, 51c) mit dem bzw. wenigstens einem der Initiatoren (54a, 54b, 54c) in Kontakt ist; und (d) den Aktivator, der elektrisch mit dem bzw. jedem der Initiatoren (54a, 54b, 54c) verbunden ist, um die Entfaltung des aufblasbaren Bauteils (3) einzuleiten; wobei der bzw. jeder der Initiatoren (54a, 54b, 54c) in der Lage ist, im Ansprechen auf wenigstens ein Signal vom Aktivator zu zünden, um dadurch die Ladung (51) zu zünden und Aufblasgas zu erzeugen, das das aufblasbare Bauteil (3) aufbläst.
System nach Anspruch 21, umfassend einen Initiator (52) in Kontakt mit jeder der Sektionsladungen (51a, 51b, 51c), wobei der Kontakt zwischen dem Initiator und den Sektionsladungen Ladungsstreifen (53a, 53b, 53c) umfasst.
System nach Anspruch 22, bei dem die Ladungsstreifen (53a, 53b, 53c) so gestaltet sind, dass sie die Zündung der Sektionsladungen (51a, 51b, 51c) nacheinander einleiten.
System nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei dem der wenigstens eine Initiator eine Vielzahl Initiatoren (54a, 54b, 54c) ist und jede Sektionsladung (51a, 51b, 51c) mit einem Initiator (54a, 54b, 54c) in Kontakt ist, der dieser Sektionsladung (51a, 51b, 51c) zugeordnet ist.
System nach Anspruch 24, bei dem jeder Initiator (54a, 54b, 54c) in der Lage ist, unabhängig von den anderen Initiatoren (54a, 54b, 54c) gezündet zu werden.
System nach Anspruch 24, bei dem die Initiatoren (54a, 54b, 54c) in der Lage sind, entsprechend einer gewünschten Folge für die Entfaltung der Sektionen des aufblasbaren Gegenstandes gezündet zu werden.
System nach Anspruch 1, umfassend: (a) das aufblasbare Bauteil (3); (b) die Ladung (23), die in dem aufblasbaren Bauteil (3) verteilt ist, für die Erzeugung von Aufblasgas; (c) eine Hülle (22), die die Ladung (23) innerhalb des aufblasbaren Bauteils (3) umschließt; (d) den Initiator (11) in Kontakt mit der Ladung (23) zum Zünden der Ladung (23); und (e) den Aktivator, der elektrisch mit dem Initiator (11) verbunden ist, um die Entfaltung des aufblasbaren Bauteils (3) einzuleiten; wobei der Initiator (11) in der Lage ist, im Ansprechen auf ein Signal vom Aktivator zu zünden, um dadurch die Ladung (23) zu zünden und Aufblasgas zu erzeugen, das das aufblasbare Bauteil (3) aufbläst.
System nach Anspruch 27, bei dem die Ladung (23) zusätzliches gaserzeugendes Material enthält, das die erzeugten Gasmengen vergrößert.
System nach Anspruch 27 oder 28, weiterhin umfassend eine Schicht (21) aus zusätzlichem gaserzeugendem Material auf der Oberfläche der Ladung (23).
System nach Anspruch 29, bei dem die Schicht (21) aus zusätzlichem gaserzeugendem Material eine flüchtige Chemikalie umfasst.
System nach einem der Ansprüche 27 bis 30, bei dem die Hülle (22) ebenfalls ein gaserzeugendes Material umfasst.
System nach einem der Ansprüche 27 bis 31, bei dem die Ladung (23) einen linearen Aufbau, einen tubusförmigen Aufbau oder einen flachen Aufbau hat.
System nach einem der Ansprüche 27 bis 32, bei dem die Ladung (23) einen Hydrocarbonattreibstoff und ein Nitratoxidans umfasst.
System nach einem der Ansprüche 27 bis 33, bei dem die Ladung (23) einen Sekundärexplosivstoffumfasst.
System nach einem der Ansprüche 27 bis 34, bei dem die Ladung (23) als eine Schicht auf wenigstens einer Innenfläche des aufblasbaren Bauteils (3) verteilt ist.