DE69908372T2

DE69908372T2 - Herstellungsverfahren für einen pyrotechnischen satz und ein mittels dieses verfahren hergestellter, pyrotechnischer zünder

Info

Publication number: DE69908372T2
Application number: DE69908372T
Authority: DE
Inventors: Alain Rouer; Paul Jean VIDOT; Christian Tipa
Original assignee: Giat Industries SA
Current assignee: Giat Industries SA
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: FR2781878B1; FR2781878A1; WO2000008412A1; EP1101076B1; EP1101076A1; ATE241796T1; ES2195592T3; DE69908372D1

Description

Das Gebiet der vorliegenden Erfindung betrifft Verfahren zum Einsatz von pyrotechnischen Substanzen zur Herstellung eines pyrotechnischen Bauteiles.
Verschiedene Verfahren zur Herstellung der pyrotechnischen Bauteile sind bekannt.
Ein derartiges Bauteil umfasst im Allgemeinen eine gegen Stoß oder Erwärmung empfindliche pyrotechnische Substanz (Primärsprengstoff), die dafür vorgesehen ist, ein pyrotechnisches Verstärker-Gemisch (mit Flamme für einen Brückenzünder oder auch mit Stoß für einen Detonator) zu zünden.
Dieser Primärsprengstoff kann mit dem Verstärker-Gemisch vermischt sein (wie in den Patenten EP600791 und FR2720493) oder zu diesem benachbart angeordnet sein (wie in dem Patent GB960186).
Die empfindliche Substanz umfasst am häufigsten einen Primärsprengstoff, wie Blei-Trinitroresorzinat, Bleiazid oder Silbernitrid.
Die pyrotechnischen Bauteile mit elektrischer Zündung verwenden ein resistives Element, wie ein Hitzdraht oder auch eine Halbleiterplatte.
Die Patente EP600791 und FR2720493 offenbaren derartige elektrische Zünder, die insbesondere vorgesehen sind, um für das Auslösen von Sicherheitssystemen von Kraftfahrzeugen (aufblasbare Sicherheitskissen, gewöhnlich „airbags" genannt) zu verwenden.
Die bekannten Zünder weisen Nachteile auf.
So erzeugt der Einsatz von Primärsprengstoffen große Risiken für die Sicherheit von Personal.
Tatsächlich erfordern die bestehenden Bauteile den Kontakt der sehr empfindlichen Primärsprengstoff-Substanzen mit dem resistiven Element. Dieser Kontakt, der so eng wie möglich gewünscht wird, erfordert den Einsatz von explosiven Werkstoffen mit geringer Körnung und somit schlechter Vergießbarkeit. Das macht die Beschickung schwierig und erhöht das Risiko einer zufälligen Zündung, welches durch die exzessive Verunreinigung der industriellen Beschickungsmittel durch die Primärsubstanz noch weiter ansteigt.
Außerdem impliziert die Beschickung eines fein pulverisierten Werkstoffes eine Mindestbefüllung des Bodens der Bauteilzelle, um das resistive Element vollständig zu bedecken. Daraus resultiert ein überflüssiger Einsatz der Primärsubstanz, was sich zugleich bei den Herstellungskosten und der Sicherheit rächt.
Schließlich muss das fein pulverisierte Material verdichtet werden. Das resistive Element kann bei dieser Verdichtung beträchtlichen Belastungen unterliegen, die zu seinem Bruch führen können.
Eine weitere, bekannte Einsatzform sieht vor, eine Suspension der empfindlichen, pyrotechnischen Substanz in einem flüssigen Lösungsmittel zu erzeugen, in welchem ein Bindemittel (aktiv oder nicht-aktiv) gelöst ist. Die gewöhnlichen Lösungsmittel sind Wasser, Alkohol oder Azeton. Das Lösungsmittel wird nach Einbringen des Gemisches durch Erwärmen oder Trocknung entfernt.
Ein derartiges Verfahren weist Nachteile auf.
Wenn das verwendete Lösungsmittel Wasser ist, ist es schwer zu entfernen, was zu langen Trocknungsschritten führt und die Leistungen der Gemische herabsetzen kann.
Wenn das Lösungsmittel flüchtig ist, erzeugt sein Entfernen für das Personal gefährliche Dämpfe, die giftig und/oder explosiv (Alkohol, Azeton...) sind.
Die modernen pyrotechnischen Bauteile, insbesondere diejenigen, welche auf dem Gebiet der Sicherheitstechnik von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, bringen noch weitere Belastungen mit sich.
Das resistive Element wird jetzt in der Form einer Halbleiterbrücke ausgeführt, die Abmessungen der resistiven Brücke sind somit sehr reduziert (in der Größenordnung von 50 Mikrometer × 150 Mikrometer) und es wird somit unerlässlich, eine empfindliche, pyrotechnische Substanz zu verwenden, die eine sehr feine Körnung besitzt, kleiner als die Abmessungen der Brücke (Körnung kleiner als 50 Mikrometer).
Eine solche Wahl vergrößert die Schwierigkeiten des Einbringens der Primärsubstanz, deren Empfindlichkeit durch die Feinheit der Körnung angewachsen ist.
Schließlich wird nun versucht, die auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge verwendeten Bauteile sauber und ungiftig zu machen, was den Einsatz von Primärsprengstoffen auf Bleibasis ausschließt. Aber die bekannten energetischen und ungiftigen pyrotechnischen Gemische (wie das Zirkonium/Kaliumperchlorat oder das Bor/Kaliumnitrat) können nicht in ihrer gängigen industriellen Form mit einer Halbleiterbrücke direkt gezündet werden.
Tatsächlich haben die gängigen und kostengünstigen Formen dieser Gemische eine starke Körnung und sind ummantelt. Die Zuflucht in eine sehr feine Körnung für diese pyrotechnischen Gemische ist industriell nicht zufriedenstellend (zu hohe Kosten) und erhöht die Risiken (Anstieg der Empfindlichkeit und Verunreinigung der Werkzeuge durch den Aktivstaub).
Die Patentanmeldung EP-0 864 843, die nicht vorveröffentlicht ist aber Nutzen aus einem früheren Anmeldungsdatum zieht, offenbart ein Verfahren zum Einsatz einer pyrotechnischen Substanz.
Das Patent EP-A-0 340 761 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Treibladung für Munition umfassend das Aufschlämmen des Sprengstoffes in einem inerten, aushärtbaren Bindemittel und Einbringen des erhaltenen, breiartigen Materials in die Hülse. Dieses Patent betrifft kein Gemisch zur Zündung.
Es ist Aufgabe der Erfindung, derartige Nachteile zu beheben.
Beispielsweise schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Einsatz einer pyrotechnischen Substanz vor, welches zugleich die Risiken für das mit dessen Herstellung beschäftigte Personal vermindert und die Realisierungskosten für pyrotechnische Bauteile, wie Zünder, senkt. Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht ebenfalls, ein pyrotechnisches Bauteil für Sicherheitssysteme in Kraftfahrzeugen zu definieren, dessen Zuverlässigkeit verbessert ist und dessen Ungiftigkeit gewährleistet wird.
So ist der Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Einsatz von wenigstens einer pyrotechnischen Substanz, um ein pyrotechnisches Bauteil bereitzustellen, insbesondere einen resistiven Brückenzünder, gemäß welchem als erstes die fein pulverisierte, pyrotechnische Substanz in Suspension in einem inerten, flüssigen oder breiartigen Bindemittel, welches geeignet ist, durch Polymerisation auszuhärten, aufgeschlämmt wird, dann das so gebildete pyrotechnische Material im flüssigen oder breiartigen Zustand in das Bauteil eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Material wenigstens teilweise durch Strahlung oder Beschuß an Ort und Stelle polymerisiert wird, um das die pyrotechnische oder die pyrotechnischen Substanzen tragende Bindemittel aushärten zu lassen, wobei die Polymerisation durch eine Erwärmung des Gemisches vervollständigt wird.
Vorzugsweise wird das Bindemittel so ausgewählt, dass es wenigstens teilweise durch ultraviolette Strahlung polymerisiert wird.
Es kann eine ultraviolette Quelle ausgewählt werden, die ebenfalls im Infrarotbereich ausstrahlt, wobei die Quelle so die Erwärmung des Gemisches gewährleistet. Alternativ kann die Erwärmung des Gemisches durch einen Ofen sichergestellt werden.
Das Bindemittel kann durch ein strahlungsempfindliches Harz auf der Basis von Natur- oder Kunstharz gebildet werden, wobei das Grundharz dann aus den folgenden Harzen ausgewählt werden kann: Acrylharz, Polyurethanharz.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann die pyrotechnische Substanz wenigstens einen Primärsprengstoff umfassen.
Vorzugsweise umfasst die pyrotechnische Substanz als Primärsprengstoff ein Salz von Dinitrobenzo-furoxan.
Das pyrotechnische Material kann 40 bis 60 Massen-% von pyrotechnischer Substanz in Suspension in 60 bis 40 Massen-% von Harz umfassen.
Gemäß einem anderen Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung, wird auf ein resistives Element eines pyrotechnischen Zünders ein Teil des flüssigen oder breiartigen pyrotechnischen Materials abgelegt, dann wird weiter mit dem Aushärten des Bindemittels verfahren, indem dieses Material einer mit einer Erwärmung verbundenen ultravioletten Strahlung unterzogen wird.
Die Temperatur zur Erwärmung wird kleiner als 140°C gewählt und liegt vorzugsweise zwischen 80°C und 100°C.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein pyrotechnischer Zünder mit resistivem Element, welcher wenigstens eine so eingesetzte pyrotechnische Substanz verwendet, wobei der Zünder dadurch gekennzeichnet ist, dass das resistive Element vollkommen durch ein pyrotechnisches Zündermaterial, das durch die in einem inerten, durch Polymerisation durch eine mit einer Erwärmung verbundenen ultravioletten Strahlung ausgehärteten Bindemittel eingebundenen pyrotechnische oder pyrotechnischen Substanzen gebildet wird, bedeckt wird.
Dieser pyrotechnische Zünder kann ein pyrotechnisches Gemisch umfassen, das in Kontakt mit dem pyrotechnischen Zündermaterial angeordnet ist und auf diesem zusammengedrückt wird.
Vorteilhafterweise kann das resistive Element eine Halbleiterbrücke sein.
Die mittlere Körnung der pyrotechnischen Substanz ist dann kleiner als oder gleich 50 Mikrometer.
Die in das Bindemittel eingebundene pyrotechnische Substanz ist vorzugsweise ein Salz von Dinitrobenzo-furoxan, zum Beispiel das Dinitrobenzo-furoxanat von Kalium.
Das pyrotechnische Gemisch kann aus den folgenden Gemischen ausgewählt sein: Zirkonium/Kaliumperchlorat, Bor/Kaliumnitrat.
Die Erfindung wird bei der Lektüre der folgenden Beschreibung von besonderen Ausführungsformen besser verständlich, wobei sich die Beschreibung auf die beigefügte Zeichnung bezieht, welche ein Beispiel eines mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erzielten pyrotechnischen Bauteiles darstellt.
Mit Bezug auf diese Figur umfasst ein pyrotechnischer Zünder 1 gemäß der Erfindung ein Metallgehäuse 2 (zum Beispiel aus nichtrostendem Stahl), auf dem ein Abformen von einem Guss-Stück aus Kunststoff 3 von der Sorte Polyamid oder Polycarbonat ausgeführt wird.
Das Gehäuse 2 wird durch einen Deckel 4, ebenfalls aus Kunststoff, geschlossen.
Das Gehäuse 2 umfasst eine zylindrische Wand 5, die an einen Boden 6 geschweißt ist, welcher vollständig durch eine Elektrode 7a und teilweise durch eine Elektrode 7b durchbrochen wird.
Die Elektrode 7b steht in elektrischem Kontakt mit dem Boden 6 und die Elektrode 7a ist vom Boden durch eine isolierende Hülse 8 (zum Beispiel aus Glas) isoliert.
Ein Halbleiter-Plättchen 14 wird aus einem isolierenden Grundmaterial 9 auf der Basis von nichtdotiertem Silizium gebildet, das auf den Boden 6 geklebt ist. Dieses Plättchen enthält eine Halbleiterbrücke 10 (zum Beispiel aus dotiertem Silizium), die teilweise durch zwei leitfähige Klötzchen 11a, 11b, zum Beispiel aus Aluminium, bedeckt wird.
Der Abstand zwischen den Klötzchen liegt zwischen 60 und 100 Mikrometer und vorzugsweise in der Größenordnung von 80 Mikrometer. Das Klötzchen 11b ist mit der Elektrode 7a durch einen Verbindungsdraht 12 verbunden, der durch Löten befestigt ist. Das Stück 11a ist mit der Elektrode 7b über den metallischen Boden 6 mit Hilfe einer Halbleitersonde 13 (dotiertes Silizium) verbunden, welche durch das isolierende Grundmaterial 9 hindurch dringt.
Eine derartige Struktur wird im Einzelnen durch das Patent FR2720493 offenbart.
Entsprechend der Erfindung wird ein pyrotechnisches Zündermaterial 15 (das somit empfindlich gegenüber Erwärmung ist) auf dem Plättchen 14 aufgebracht und bedeckt auch den Draht 12 und die Lötstellen. Dieses pyrotechnische Material wird aus wenigstens einer fein pulverisierten pyrotechnischen Substanz gebildet, die mit einem inerten, ausgehärteten Bindemittel vermischt ist.
Die mittlere Körnung der pyrotechnischen Substanz wird in der selben Größenordnung gewählt, wie die Abmessungen der Halbleiterbrücke. Eine solche Anordnung ermöglicht es, Wärmeübertragung beim Anstieg der Temperatur der Halbleiterbrücke durch Konvektion und/oder durch Strahlung zu gewährleisten. Es wird so eine zuverlässige Zündung der pyrotechnischen Substanz durch die resistive Brücke gewährleistet.
Die Brücke weist im Allgemeinen Abmessungen in der Größenordnung von 50 Mikrometer × 150 Mikrometer auf. Es wird somit für das Gemisch eine Körnung kleiner als oder gleich 50 Mikrometer gewählt.
Das gewählte inerte Bindemittel ist bei Umgebungstemperatur eine Flüssigkeit oder eine Paste und ist dafür geeignet, durch Polymerisation an Ort und Stelle auszuhärten.
Einmal ausgehärtet, bedeckt und schützt das Material 15, das aus dem die pyrotechnische Substanz tragenden Bindemittel gebildet wird, mechanisch und chemisch zugleich das Plättchen 14 sowie den Draht 12 und seine Lötstellen.
Ein pyrotechnisches Verstärker-Gemisch 16 füllt die Gesamtheit des Gehäuses 2 aus. Es befindet sich somit in Kontakt mit dem pyrotechnischen Zündermaterial 15 und kann durch dieses Letztere gezündet werden.
Das pyrotechnische Gemisch kann in dem Gehäuse, insbesondere mit Hilfe des Deckels 4 zusammengepresst sein. Das Material 15 schützt die resistive Brücke sowie das Plättchen, den Draht und die Lötstellen, die somit nicht beschädigt werden können.
Die Zuverlässigkeit des Zünders gemäß der Erfindung wird somit erhöht.
Als Variante und um die Mengen des eingesetzten Materials zu minimieren, ist es selbstverständlich möglich, das Zündermaterial 15 nur über dem Plättchen 14 vorzusehen.
Das Verfahren zur Anwendung der pyrotechnischen Substanz gemäß der Erfindung ermöglicht es, das pyrotechnische Zündermaterial 15 zu erhalten.
Dieses Verfahren sieht wie folgt aus:
Im Verlauf eines ersten Schrittes wird das fein pulverisierte pyrotechnische oder werden die fein pulverisierten pyrotechnischen Substanzen mit dem inerten Bindemittel vermischt.
In dem zuvor beschriebenen Beispiel wird als Substanz ein Primärsprengstoff ausgewählt, zum Beispiel Blei-Trinitroresorzinat, Bleiazid, Silbernitrid oder ein Salz aus Dinitrobenzo-furoxan, wie das Kalium-dinitrobenzo-furoxanat (oder KDNBF).
Die Salze von Dinitrobenzo-furoxan werden auf Grund ihrer Ungiftigkeit (Fehlen von Blei oder von Schwermetallen) bevorzugt.
Das polymerisierbare Bindemittel wird chemisch verträglich mit dem oder den verwendeten Primärsprengstoffen ausgewählt (die zu keiner Reaktion mit ihm im Verlauf der Alterungsphasen führen). Vorzugsweise wird das Bindemittel aus den strahlungsempfindlichen Harzen ausgewählt (die auf bekannte Weise einen Photosensibilisator einschließen), und die von Kunstharzen hergestellt werden. Diese Harze sind somit (gemäß der erfolgten Wahl) durch Strahlung (Ultraviolett, Röntgen, Mikrowellen) oder durch Beschuß (Elektronik) polymerisierbar.
Die strahlungsempfindlichen Harze sind bekannt und im Handel verfügbar und es kann insbesondere ein strahlungsempfindliches Harz ausgewählt werden, dessen Grundharz aus den folgenden Harzen ausgewählt wird: Acrylharz, Epoxydharz, Polyurethanharz, Silikonharz, Polyesterharz, anaerobes Harz (Harz, das nur unter Ausschluss von Luft polymerisiert).
Es werden die strahlungsempfindlichen Acryl- und Polyurethanharze bevorzugt.
Wenn man einen Tropfen eines solchen strahlungsempfindlichen Harzes mit ultravioletten Strahlung belichtet, bewirkt die Strahlung eine Polymerisation der Oberfläche, die den Rest des Harzes isoliert. Die Polymerisation im Kern wird (entsprechend dem gewählten Harz) durch Erwärmung oder chemische Reaktion erzielt (insbesondere die anaeroben, strahlungsempfindlichen Harze können sich nach der Belichtung mit der ultravioletten Strahlung vollständig polymerisieren, da sie durch die Haut, die sich durch die UV-Polymerisation der Oberfläche des Tropfens ergibt, von der Luft isoliert werden).
Die Viskosität des Bindemittels wird in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Systems der Materialablagerung in dem Bauteil ausgewählt. Es werden eher flüssige Harze bevorzugt, um die Verteilung des Materials zu erleichtern.
Die zugehörigen Verhältnisse Bindemittel/pyrotechnische Primärsubstanz wird vom Fachmann in Abhängigkeit von der gesuchten Empfindlichkeit für das Endmaterial und von derjenigen des verwendeten Primärsprengstoffes ausgewählt. Es können Verhältnisse akzeptiert werden, die zwischen 40 Massen-% und 60 Massen-% für die pyrotechnische Substanz und zwischen 60 Massen-% und 40 Massen-% für das Bindemittel liegen. Ein gleiches Verhältnis von 50/50 kann akzeptiert werden.
Ein erster Vorteil des vorliegenden ersten Schrittes zur Anwendung ist, dass der Primärsprengstoff, dessen Körnung extrem fein ist, von einem Bindemittel ummantelt wird, welches ihn unempfindlich macht. Die Aufbewahrung des Materials kann so geschützt vor Licht (um das Aushärten zu verhindern) und in völliger Sicherheit gewährleistet werden.
Ein zweiter Vorteil der vorliegenden Anwendung ist, dass die flüssige oder breiartige Mischung (entsprechend der Viskosität des verwendeten Harzes) in dem Gehäuse des zu erstellenden pyrotechnischen Bauteiles mechanisch leicht verteilt werden kann, zum Beispiel mit Hilfe einer Spritze oder eines Trichters mit Endlosschraube (zweiter Schritt des Verfahrens).
Ein dritter Vorteil ist, dass es mit dem Verfahren gemäß der Erfindung möglich ist, die Menge einer pyrotechnischen Primärsubstanz mit reduzierter Körnung, die in jedem Bauteil vorgesehen wird, zu minimieren, wobei die genannte Menge noch genau dosiert wird.
So ist es nicht mehr notwendig, den Boden des Gehäuses mit einem empfindlichen Gemisch zu füllen, um das Abdecken der resistiven Brücke zu gewährleisten. Als Beispiel stellt ein einfacher Tropfen von ungefähr 1 Milligramm das Abdecken dieser Brücke und die korrekte Funktion des Bauteiles sicher, wohingegen es mit den früheren Verfahren notwendig war, an die 30 Milligramm eines fein pulverisierten Gemisches vorzusehen.
Nach dem Einbringen des pyrotechnischen Materials in das Bauteil, lässt man Dieses durch Polymerisation aushärten (3. Schritt). Es wird zum Beispiel dafür eine ultraviolette Strahlungsquelle aus dem Handel verwendet (Wellenlänge 365 Nanometer), die in einem Abstand zum Material von 20 bis 35 mm angeordnet wird.
Es kann eine Standardquelle ausgewählt werden, die die Infrarotstrahlung nicht filtert. Zum Beispiel eine von der Firma Fisnar hergestellte Lampe vom Modell Pk102. Diese Lampe hat eine Leistung von 400 W, sie strahlt im Ultraviolettbereich zwischen 320 Nanometer und 390 Nanometer und gewährleistet ebenfalls eine Temperatur zur Erwärmung von 100° bei einem Abstand von 40 mm.
Die Belichtungszeiten werden leicht in Abhängigkeit von den Eigenschaften des ausgewählten Harzes und der zu polymerisierenden Gesamtmasse bestimmt. Diese Belichtungsdauer ist zum Beispiel für eine Materialmasse von etwa 1,1 mg (Stärke des vorgesehenen Tropfens ungefähr 1 mm) kleiner als 10 Minuten.
Die Auswahl einer UV-Quelle, die keine Infrarotstrahlung filtert, ermöglicht es, die Polymerisation, die durch die UV-Strahlung eingeleitet wurde, zu vervollständigen.
Die Infrarotstrahlung gewährleistet so eine Erwärmung des Gemisches (oder Nachaushärtung), welche die vollständige Polymerisation des Gemisches mit sich bringt.
Diese Erwärmung kann alternativ durch ein klassisches Mittel, wie ein Schmelzofen, gewährleistet werden.
Eine derartige Anordnung ermöglicht es, den industriellen Einsatz zu vereinfachen, da ja die Dauer der Belichtung mit UV-Strahlung stark reduziert werden kann, wobei die Erwärmung durch den Ofen sichergestellt wird. Die Belichtung mit UV-Strahlung verbraucht also Energie und macht Vorsichtsmaßnahmen in Hinsicht auf die Ausführung durch das Personal erforderlich (Schutzbekleidungen).
Die Polymerisation kann zum Beispiel durch eine Belichtung mit UV-Strahlung von 2 Sekunden ausgelöst werden. Die Polymerisation wird durch eine Aushärtung im Ofen bei einer Temperatur von 80°C bis 100°C während ungefähr 10 Minuten vervollständigt.
In allen Fällen wird das Mittel zum Erwärmen in der Weise ausgewählt, dass das pyrotechnische Bauteil nicht übermäßig erwärmt wird, um es nicht auszulösen (im Allgemeinen muss der Anstiegsgrad der Temperatur kleiner als 0,5°C/Sekunde sein), dabei darf die Temperatur des Ofens oder jene, die durch die nicht gefilterte UV-Quelle gewährleistet wird, 140°C nicht überschreiten.
Wenn die Aushärtung erfolgt ist, wird die Befüllung des pyrotechnischen Gemisches 16 auf eine klassische Weise vorgenommen (Einbringen im granulatförmigen Zustand per Trichter, Verschließen des Bauteiles, Verdichten an Ort und Stelle, Verschweißen des Deckels 4 an dem Guss-Stück 3 aus Kunststoff).
Als Beispiel wird so ein pyrotechnisches Material hergestellt, welches 53 Massen-% (das sind 0,45 mg) eines Polyurethanharzes mit eine Viskosität von 110 Zentipoise mit 47 Massen-% von KDNBF (das sind 0,48 mg) verknüpft. Das Harz stellt ein von UVEXS Incorporated (580 North Pastoria Avenue Sunnyvale California) hergestelltes Harz der Serie 602 dar.
Die Polymerisation unter UV-Strahlung unter den zuvor beschriebenen Arbeitsbedingungen (Quellen mit ungefilterter UV-Strahlung) hat zu einer Verfestigung des pyrotechnischen Materials auf der resistiven Halbleiterbrücke geführt.
Die hergestellten Zünder sind dann mit 120 mg eines pyrotechnischen Gemisches 16, das Zirkonium und Kaliumperchlorat im klassischen Verhältnis von 60 Massen-% von Zirkonium zu 40 Massen-% von Perchlorat verknüpft.
Die durchgeführten Zündversuche haben es ermöglicht, eine Zündverzögerung Tf von weniger als 500 Mikrosekunden und einen Ausgangsdruck des Bauteiles von mehr als 5 MPa zu messen (in einer manometrischen Bombe von 3 cm³ mit einer Zünderstromstärke von 1,5 Ampères durchgeführte Versuche). Bei 50 getesteten Bauteilen wurde kein Versager festgestellt.
Dieses Bauteil verwendet lediglich 1,1 Milligramm eines pyrotechnischem Zündermaterial. Die erzielten Leistungen sind dennoch analog zu denen eines klassischen Bauteiles, in dem an die 30 Milligramm eines fein pulverisierten Zündergemisches aus Bleistyphnat verwendet werden und mit 50 mg eines Verstärkergemisch aus Bor/Kaliumnitrat verknüpft sind.
Es wird ebenfalls ein pyrotechnisches Material hergestellt, das 40 Massen-% (das sind 2,4 mg) eines Acrylharzes mit einer Viskosität von 110 Zentipoise mit 60 Massen-% von KDNBF (das sind 3,6 mg) verknüpft. Das Harz ist ein von der Firma Loxeal srl (via Gioberti 20031 Cesano Maderno (Italien)) unter dem Kennzeichen 30–23 hergestelltes Harz.
Die Polymerisation ist auch als Versuch mit der ungefilterten, zuvor beschriebenen UV-Quelle ausgeführt worden, um eine Polymerisation im Kern zu gewährleisten (Belichtung von 10 Minuten).
Sie hat zu einer Verfestigung des pyrotechnischen Materials auf der resistiven Halbleiterbrücke geführt.
Die hergestellten Zünder sind dann mit 120 mg eines pyrotechnischen Gemisches 16 aufgefüllt worden, das Zirkonium und Kaliumperchlorat im klassischen Verhältnis von 60 Massen-% von Zirkonium zu 40 Massen-% von Perchlorat verknüpft.
Die durchgeführten Zündversuche haben es weiter ermöglicht, eine Zündverzögerung Tf von weniger als 500 Mikrosekunden und einen Ausgangsdruck des Bauteiles von mehr als 5 MPa zu messen (in einer manometrischen Bombe von 3 cm³ mit einer Zünderstromstärke von 1,5 Ampères durchgeführte Versuche). Bei 50 getesteten Bauteilen wurde kein Versager festgestellt.
Dieses Bauteil setzt nur 6 Milligramm eines pyrotechnischen Zündermaterials ein. Die erzielten Leistungen sind dennoch analog zu denen eines klassischen Bauteiles, in dem an die 30 Milligramm eines fein pulverisierten Zündergemisches aus Bleistyphnat verwendet werden und mit 50 mg eines Verstärkergemisches aus Bor/Kaliumnitrat verknüpft sind.
Bei diesem letzten Beispiel ist die Masse des verwendeten Gemisches größer (6 mg gegenüber 1,1 mg bei dem ersten Beispiel). Das Volumen des Tropfens ist ebenfalls größer und verbessert den Schutz des resistiven Elementes (insbesondere des Verbindungsdrahtes und der Lötstellen). Es wird so die Zuverlässigkeit erhöht.
Um einen für die Anwendungen in Kraftfahrzeugen vorgesehenen Zünder herzustellen, wird bevorzugt, ein pyrotechnisches Material, das ein Salz von Dinitrobenzo-furoxan (Primärsprengstoff ohne Blei) einbindet, mit einem energetischen, pyrotechnischen Gemisch ohne Blei (wie Zirkonium (60%)/ Kaliumperchlorat (40%) oder Bor (25%)/Kaliumnitrat (75%)) zu verknüpfen.
Die Salze von Dinitrobenzo-furoxan sind interessant auf Grund ihrer Ungiftigkeit, aber sie haben die Nachteile, dass sie teuer und gering energetisch sind. Dank der Erfindung ist es möglich, die notwendige Menge dieses Sprengstoffes in der Form einer Suspension in einem Tropfen eines verfestigbaren Bindemittels zu minimieren (weniger als 1 mg eines Primärsprengstoffs), der in direktem Kontakt mit der resistiven Brücke steht. Sein zuverlässiges Energieniveau ist trotzdem ausreichend, um die Zündung des Gemisches Zr/KClO₄oder B/KNO₃ zu ermöglichen, welches in seiner industriellen Form (starke Körnung und Ummantelung) nicht direkt durch die Halbleiterbrücke gezündet werden kann.
Die Struktur des Zünders (Form des Gehäuses, des Deckels, Vorhandensein oder auch nicht Vorhandensein eines Abformens eines Guss-Stückes) kann selbstverständlich anders sein.
Als Variante ist es auch möglich, das so beschriebene Verfahren mit anderen Arten von Zündern zu verwenden, zum Beispiel mit Hitzdraht oder Schlagzünder.
In allen Fällen ermöglicht es das Verfahren gemäß der Erfindung, die Herstellung der pyrotechnischen Komponenten zu vereinfachen und sicherer zu machen, wobei das resistive Element noch vor den insbesondere bei der Verdichtung des pyrotechnischen Gemisches unterworfenen mechanischen Beanspruchungen geschützt wird.
Es ist auch möglich, das Verfahren gemäß der Erfindung mit anderen pyrotechnischen Substanzen einzusetzen, zum Beispiel Mischungen, welche wenigstens ein Oxidationsmittel mit wenigstens einem Reduktionsmittel und mit oder ohne Primärsprengstoff verknüpfen.

Claims

Verfahren zum Einsatz von wenigstens einer pyrotechnischen Substanz, um ein pyrotechnisches Bauteil bereitzustellen, insbesondere einen resistiven Brückenzünder, gemäß welchem als erstes die fein pulverisierte, pyrotechnische Substanz in Suspension in einem inerten, flüssigen oder breiartigen Bindemittel, welches geeignet ist, durch Polymerisation auszuhärten, aufgeschlämmt wird, dann das so gebildete pyrotechnische Material im flüssigen oder breiartigen Zustand in das Bauteil eingebracht wird, Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Material wenigstens teilweise durch Strahlung oder Beschuß an Ort und Stelle polymerisiert wird, um das die pyrotechnische oder die pyrotechnischen Substanzen tragende Bindemittel aushärten zu lassen, wobei die Polymerisation durch eine Erwärmung des Gemisches vervollständigt wird.
Verfahren zum Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel wenigstens teilweise durch ultraviolette Strahlung polymerisiert wird.
Verfahren zum Einsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es eine ultraviolette Quelle ausgewählt wird, die ebenfalls im Infrarotbereich ausstrahlt, wobei die Quelle so die Erwärmung des Gemisches gewährleistet.
Verfahren zum Einsatz nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Gemisches durch einen Ofen sichergestellt wird.
Verfahren zum Einsatz nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel durch ein strahlungsempfindliches Harz auf der Basis von Natur- oder Kunstharz gebildet wird.
Verfahren zum Einsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel durch ein strahlungsempfindliches Harz gebildet wird, wobei das Grundharz dann aus den folgenden Harzen ausgewählt wird: Acrylharz, Polyurethanharz.
Verfahren zum Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die pyrotechnische Substanz wenigstens einen Primärsprengstoff umfasst.
Verfahren zum Einsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die pyrotechnische Substanz als Primärsprengstoff ein Salz von Dinitrobenzo-furoxan umfasst.
Verfahren zum Einsatz nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das pyrotechnische Material 40 bis 60 Massen-% von pyrotechnischer Substanz in Suspension in 60 bis 40 Massen-% von Harz umfasst.
Verfahren zum Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des flüssigen oder breiartigen pyrotechnischen Materials auf ein resistives Element eines pyrotechnischen Zünders abgelegt wird, dann wird weiter mit dem Aushärten des Bindemittels verfahren, indem dieses Material einer mit einer Erwärmung verbundenen ultravioletten Strahlung unterzogen wird.
Verfahren zum Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur zur Erwärmung kleiner als 140°C gewählt wird und vorzugsweise zwischen 80°C und 100°C liegt.
Pyrotechnischer Zünder (1) mit resistivem Element, welcher wenigstens eine so eingesetzte pyrotechnische Substanz verwendet und nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 11 einsetzt, Zünder dadurch gekennzeichnet, dass das resistive Element (10) vollkommen durch ein pyrotechnisches Zündermaterial (15), das durch die in einem inerten, durch Polymerisation durch eine mit einer Erwärmung verbundenen ultravioletten Strahlung ausgehärteten Bindemittel eingebundenen pyrotechnische oder pyrotechnischen Substanzen gebildet wird, bedeckt wird.
Pyrotechnischer Zünder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass er ein pyrotechnisches Gemisch (16) umfasst, das in Kontakt mit dem pyrotechnischen Zündermaterial (15) angeordnet ist und auf diesem zusammengedrückt wird.
Pyrotechnischer Zünder nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das resistive Element eine Halbleiterbrücke (10) ist.
Pyrotechnischer Zünder nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Körnung der pyrotechnischen Substanz kleiner als oder gleich 50 Mikrometer ist.
Pyrotechnischer Zünder nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Bindemittel eingebundene pyrotechnische Substanz vorzugsweise ein Salz von Dinitrobenzo-furoxan ist, zum Beispiel das Dinitrobenzo-furoxanat von Kalium.
Pyrotechnischer Zünder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das pyrotechnische Gemisch aus den folgenden Gemischen ausgewählt ist: Zirkonium/Kaliumperchlorat, Bor/Kaliumnitrat.