AT516929B1 - Pyrotechnischer Gasgenerator - Google Patents

Abstract

Ein Gasgenerator, insbesondere zum Aufblasen von metallischen Strukturen, hat einen elektrischen Anzünder und eine pyrotechnische Treibladung in einem Treibladungsgehäuse, wobei nach Zündung der Treibladung durch Deflagration der Treibladung Gas erzeugt wird. Erfindungsgemäß enthält die Treibladung zumindest ein Metall aus der Gruppe Titan, Zirkonium, Hafnium oder deren Hydride und metallisches Silizium als Brennstoff sowie Kaliumperchlorat als Oxidationsmittel, und es tritt bereits bei einem Druck von weniger als 50 bar Deflagration auf. Weiters verliert das Gehäuse während der Deflagration der pyrotechnischen Ladung seine Festigkeit. Wegen des geringen Mindestdrucks tritt trotz des Verlustes der Festigkeit zuverlässig Deflagration auf. Mit solch einem Gasgenerator können "Hard points" vermieden werden, das Gehäuse kann aus Aluminium oder Kunststoff, jeweils mit Sollbruchstelle, bestehen.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere zum Aufblasen von metallischen Strukturen, mit einem elektrischen Anzünder und mit einer pyrotechnischen Treibladung in einem Treibladungsgehäuse, wobei nach Zündung der Treibladung durch Deflagration der Treibladung Gas erzeugt wird.

[0002] Aktuelle Fahrzeuge bieten ein hohes Maß an Sicherheit für Insassen und Unfallpartner, welche neben der Ausführung der Fahrzeugstruktur auch durch eine Vielzahl von aktiven Systemen, d.h. Systemen, die während des Unfallgeschehens aktiviert werden, verbessert wird. Eine Kernkomponente sind aufblasbare Elemente, beispielsweise Airbags, welche die Aufprallenergie der Insassen auf einer großen Fläche aufnehmen und schonend abbauen. Eine neue Anwendung sind aufblasbare Strukturen, beispielsweise wurde von DAG im Sicherheitsfahrzeug ein aufblasbarer Türträger vorgestellt.

[0003] Alle diese Sicherheitssysteme verwenden einen Gasgenerator, der das zum Aufblasen erforderliche Gas erzeugt. Klassischerweise besitzen diese Gasgeneratoren ein Gehäuse aus Metall, in der Regel aus Stahl, mit Korrosionsschutz. Naturgemäß besitzen diese Generatoren ein hohes Gewicht, das unerwünscht ist, und stellen sogenannte "Flard Points” dar, wenn sie in Luftsäcke oder aktive Strukturen eingebaut werden, weil das Generatorgehäuse nur geringe Nachgiebigkeit aufweist und zu schweren Verletzungen führen kann. Als Alternative wurden sogenannte Schnurgasgeneratoren überlegt, deren Aufbau in der DE 4134995 C1 beschrieben ist. Ein Anwendungsbeispiel findet sich in der US 6938916 B2 von Autoliv. Diese Art von Generatoren konnte sich jedoch auf Grund von diversen technischen Schwierigkeiten bis heute nicht durchsetzen. Der Aufbau besteht aus einem zerbrechlichen extrudierten Grundkörper aus Treibmittel, der oberflächlich mit einem sehr empfindlichen Zündsatz beschichtet ist und sich in einem Schlauch befindet. Bei Zündung strömt die Zündflamme über den Zündsatz und den Zünder das Treibmittelkorn flächenhaft an. Die temperaturabhängige Festigkeit des Schlauchs führt zu einer großen Schwankung des Abbrands über das Temperaturband.

[0004] Weiters sind auch Gasgeneratoren bekannt, deren Gehäuse aus Kunststoff besteht, siehe z.B. die US 2014/028005 A1. Gemäß dieser Schrift wird versucht, das üblicher Weise aus Stahl bestehende Gasgeneratorgehäuse aus Kunststoff herzustellen, um Gewicht zu sparen, aber dennoch die gleiche oder sogar eine höhere Druckfestigkeit zu erzielen. Gelöst wird dies durch das Vorsehen einer Armierungsschicht aus faserverstärktem Kunststoff. Dadurch wird zwar Gewicht gespart, aber die Herstellung ist aufwändig, und es entstehen ebenso wie bei einem Gasgeneratorgehäuse aus Stahl "Flard Points”.

[0005] AT 5978 U1 beschreibt einen Gasgenerator, wobei der Druck der Gase der verbrennenden Treibladung eine Treibladungshülse öffnet. Durch die Öffnungen kann das Gas austreten und beispielsweise einen Gurtstraffer antreiben.

[0006] EP 1424249 A1 umfasst ebenfalls einen Gasgenerator, der dafür verwendet werden kann, einen Gurt zu straffen.

[0007] DE 19925954 A1 umfasst ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zündung eines pyrotechnischen Gasgenerators, wie denjenigen, die bei Fahrzeug-Airbagsystemen verwendet werden, welches kostengünstiger ist und eine geringere Verzögerungszeit aufweist.

[0008] DE 102011009309 A1 beschreibt einen Gasgenerator, bei dem eine Brennkammer mit Festtreibstoff gefüllt ist, die neben einer mit Druckgas gefüllten Vorratskammer angeordnet ist, wobei zwischen der Brennkammer und der Vorratskammer ein Bauteil angeordnet ist. Das Bauteil weist eine zusätzliche Schwächungszone auf, die bei Aktivierung des Gasgenerators zerstörbar ist, um einen Durchfluss von Gas aus der Brennkammer in die Vorratskammer zu gestatten. Ein Vorteil hierbei ist, dass durch das Bersten des Bauteils das Gas schneller aus dem Gasgenerator strömen kann.

[0009] WO 0208028 A1 umfasst ebenfalls einen Gasgenerator mit einer Sollbruchstelle, durch die das entstehende Gas fließen soll.

[0010] DE 2416920 A1 umfasst pyrotechnische, gasarme Sätze, die sich zur Herstellung von elektrischen Zeitzündern eignen, welche bei Sprengarbeiten angewandt werden.

[0011] CH 337110 A beschreibt Verzögerungszündkompositionen, die praktisch ohne Gasentwicklung verbrennen.

[0012] AT 249384 B behandelt die Herstellung von Metallen aus Metalloxiden und Reduktionsmittel.

[0013] EP 2295927 A2 betrifft einen Täuschkörper, der IR-Strahlung abgeben soll, um anfliegende Raketen auf den Täuschkörper zu lenken und somit vom eigentlichen Ziel abzulenken, oder auch ein Geschoss, das bei Auftreffen auf ein hartes Ziel zünden und dadurch einen Brand auslösen soll.

[0014] US 3713359 A beschreibt die Verhinderung des Übergangs der Deflagration von explosivem Pulver zur Detonation in einer Lagerkammer durch Ablassen von Druck innerhalb der Lagerkammer.

[0015] EP 0365503 A1 beschreibt ein Zündelement eines nicht-primären Sprengstofftyps mit einem Sprengstoff enthaltenden Sekundärsprengstoff, mit einem ersten Ende, das zur Zündung des Sekundärsprengstoffs geeignet ist, durch Zündmittel, wahlweise über flammenleitende und verzögerungs-pyrotechnische Zusammensetzungen, mit einem zweiten Ende zur Abgabe eines Detonationsimpulses und mit einem Zwischenabschnitt, in dem der Sekundärsprengstoff bei der Zündung einen Deflagrations-Detonationsübergang durchlaufen kann. Mindestens ein Teil des Sekundärsprengstoffs wird modifiziert, um bei niedrigem Druck eine erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit zu erreichen.

[0016] EP 1340657 A1 betrifft einen Gasgenerator, der ein gasförmiges Oxidationsmittel und ein als Feststoff vorliegendes Reduktionsmittel aufweist.

[0017] WO 0179780 A1 beschreibt einen Gefechtskopf, der so ausgebildet ist, dass seine splitterbildende äußere Hülle als Ganzes oder teilweise gegenüber der Sprengladung verschoben werden kann, sodass durch fehlende Verdämmung die Wahrscheinlichkeit für eine Detonation verringert wird.

[0018] WO 0173370 A1 beschreibt einen Gefechtskopf, der eine Sprengladung aufweist, die aus alternierenden Schichten aus detonativ umsetzbarem Sprengstoff und deflagrativ umsetzbarem Sprengstoff oder Dämpfungsmaterial besteht.

[0019] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gasgenerator zu schaffen, der keinen "Hard Point" bildet.

[0020] Diese Aufgabe wird durch einen Gasgenerator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Treibladung zumindest ein Metall aus der Gruppe Titan, Zirkonium, Hafnium oder deren Hydride und metallisches Silizium als Brennstoff sowie Kaliumperchlorat als Oxidationsmittel enthält, dass die Treibladung ein Stoff ist, bei dem bereits bei einem Druck von weniger als 50 bar Deflagration auftritt und dass das Gehäuse während der Deflagration der pyrotechnischen Ladung seine Festigkeit verliert.

[0021] Der pyrotechnische Gasgenerator, welcher sich besonders zum Aufblasen von geschlossenen Strukturen aus Metall eignet, welche dadurch erhöhte Steifigkeit erhalten oder Energie aufnehmen können, hat also die Besonderheit, dass das Gehäuse nach Erfüllung seiner Funktion, nämlich dem Schutz der Treibladung vor Umwelteinflüssen bis zu deren Zündung, seine Festigkeit verliert und dass die Treibladung auch ohne Verdämmung durch das Treibladungsgehäuse weiter durch Deflagration abbrennt. Der zur Deflagration zumindest erforderliche Druck liegt unter 50 bar.

[0022] Es wird also bewusst auf das sonst angestrebte Ziel, dass das Treibladungsgehäuse dem entstehenden Druck standhalten muss, verzichtet und stattdessen eine Treibladung gewählt, bei der dies nicht erforderlich ist. Auf diese Weise können Kosten gespart und "Hard Points" vermieden werden.

[0023] Bevorzugt geeignet dafür ist eine Treibladung, die aus weniger als 5 Masse% Bindemittel bzw. Dispergierhilfsstoff, 10-20 Masse% Zirkonhydrid, 4-12 Masse% Silizium, 5-15 Masse% Kohlenstoff und aus 50-70 Masse% Kaliumperchlorat besteht.

[0024] Weitere Zusätze wie organische Stoffe als Gasbildner, Bindemittel und Trennmittel können entsprechend dem Stand der Technik zugesetzt werden.

[0025] Da derartige Zusammensetzungen leicht zünden, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass keine eigene Zündladung vorgesehen ist, sondern die Anzündung der Treibladung direkt mittels des elektrischen Anzünders erfolgt.

[0026] Das Gehäuse besteht bevorzugt aus Aluminium mit vorgesehenen Soll-Bruchstellen. Alternativ kann das Gehäuse auch aus Kunststoff bestehen, ebenfalls mit Sollbruchstellen in der Gehäusewand.

[0027] Zur besseren Aufteilung der Treibladung kann diese in einzelnen Kammern im Gehäuse untergebracht sein, bevorzugt ist hier eine Wabenform für die einzelnen Kammern.

[0028] Im Folgenden ist exemplarisch eine Zusammensetzung angegeben: [0029] Bindemittel, Dispergierhilfsstoff: < 5 Masse%, bevorzugt 3% Zirkonhydrid: 10-20 Mas-se%, bevorzugt 18% [0030] Silizium: 4-12 Masse%, bevorzugt 5% [0031] Kohlenstoff: 5-15 Masse%, bevorzugt 11% [0032] Kaliumperchlorat: 50-70 Masse%, bevorzugt 63%

Claims (7)

1. Patentansprüche

   1. Gasgenerator, insbesondere zum Aufblasen von metallischen Strukturen, mit einem elektrischen Anzünder und mit einer pyrotechnischen Treibladung in einem Treibladungsgehäuse, wobei nach Zündung der Treibladung durch Deflagration der Treibladung Gas erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibladung zumindest ein Metall aus der Gruppe Titan, Zirkonium, Hafnium oder deren Hydride und metallisches Silizium als Brennstoff sowie Kaliumperchlorat als Oxidationsmittel enthält, dass die Treibladung ein Stoff ist, bei dem bereits bei einem Druck von weniger als 50 bar Deflagration auftritt und dass das Gehäuse während der Deflagration der pyrotechnischen Ladung seine Festigkeit verliert.
2. 2. Gasgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibladung aus weniger als 5 Masse% Bindemittel bzw. Dispergierhilfsstoff, 10-20% Masse% Zirkonhydrid, 4-12 Masse% Silizium, 5-15 Masse% Kohlenstoff und aus 50-70 Masse% Kaliumperchlorat besteht.
3. 3. Gasgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibladung direkt mittels des elektrischen Anzünders angezündet wird.
4. 4. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus Aluminium mit Sollbruchstellen in Längsrichtung besteht.
5. 5. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus Kunststoff mit Sollbruchstellen in Längsrichtung besteht.
6. 6. Gasgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Treibladung in Kammern aufgeteilt befindet.
7. 7. Gasgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern Wabenform besitzen. Hierzu keine Zeichnungen