DE4429178A1 - Pyrochemical ignition chain in a gas generator - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine pyrochemische Zündkette in einem Gasgenerator mit einem, organometallischen Initialsprengstoff und einen ein elektrisches Zündmittel ent haltenden, gekapselten Zünder, welcher zumindest partiell in eine Übertragungsladung des Gasgenerators eingebettet ist.The present invention relates to a pyrochemical Ignition chain in a gas generator with an, organometallic Initial explosives and an electrical detonator holding, encapsulated detonator, which at least partially in a transfer charge of the gas generator is embedded.
Gasgeneratoren für Aufprallschutzsysteme (Airbags) gemäß dem Oberbegriff sind bekannt (u. a. DE -C1- 41 02 275). Es ist zu dem aus der US -PS- 5,109,772 bekannt, daß Bor-Kaliumnitrat = (BKNO₃) ein schnelles Anzündmittel für pyrotechnischen Brennstoff ist und wird als solches für die Ausbreitung der Zündung von gaserzeugendem Material, für das Aufblasen von Airbags, verwendet. Um die gewünschte Wirkung zu erzielen, wird BKNO₃ großflächig entlang dem ganzen Gasgenerator ver teilt aufgebracht; zudem sind gleichartig beschichtete Kam mern bildende Scheiben vorgesehen. Dies wird durch Eintauchen der entsprechenden mechanischen Teile in einer wäßrigen BKNO₃-Lösung mit anschließendem Trocknungsvorgang erzielt. Gezündet wird diese Art Gasgenerator durch einen üblichen thermo-elektrischen Zünder. Diese Konstruktion ist relativ aufwendig und voluminös und bewirkt lediglich eine verbes serte Flammverteilung eines bereits gezündeten Gasgenerators.Gas generators for impact protection systems (airbags) according to the preamble are known (including DE -C1- 41 02 275). It is known from US-PS- 5,109,772 that boron potassium nitrate = (BKNO₃) is a rapid igniter for pyrotechnic fuel and is used as such for the spread of the ignition of gas-generating material, for inflating airbags. In order to achieve the desired effect, BKNO₃ is applied over a large area along the entire gas generator; in addition, similarly coated chambers forming disks are provided. This is achieved by immersing the corresponding mechanical parts in an aqueous BKNO₃ solution with a subsequent drying process. This type of gas generator is ignited by a conventional thermo-electric igniter. This construction is relatively complex and voluminous and only causes an improved flame distribution of an already ignited gas generator.
Im Zuge der technischen Weiterentwicklung von Airbags und py rotechnischen Gurten-Straffern hat es sich gezeigt, daß die bekannten Systeme bei der Zündung Druckimpulse verursachen, welche sich auf die Gasausbreitung negativ auswirken und ein gewünschtes sanftes Aufblasen des Airbags störend beeinflus sen bzw. mechanische Überbeanspruchungen verursachen. Das Gleiche geschieht auch bei pyrotechnischen Gurten-Straffern, wo der Druckkolben zu rasch beaufschlagt wird.In the course of the technical development of airbags and py it has been shown that the known systems cause pressure pulses during ignition, which have a negative impact on gas spread and a desired gently inflating the airbag cause mechanical overloading. The The same thing happens with pyrotechnic belt tensioners, where the pressure piston is applied too quickly.
Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung, eine Vorrich tung zu schaffen, welche ausgehend von an sich bekannten An ordnungen, einen sanften Druckanstieg im Gasgenerator be wirkt, und zudem ein absolut zuverlässiges Zünden gewährlei stet.It is accordingly an object of the invention to provide a Vorrich tion to create, which on the basis of known An regulations, a gentle pressure increase in the gas generator works, and also guarantee an absolutely reliable ignition continuous
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß in der Zündkapsel we nigstens zwei Initialsprengstoffe vorgesehen sind, wobei der zweite eine gegenüber dem ersten Initialsprengstoff redu zierte Brisanz aufweist, daß der erste Initialsprengstoff das Zündmittel umgibt und ein organometallischer Sprengstoff ist, daß der zweite Initialsprengstoff ein anorganisches Ge misch ist und daß beide Initialsprengstoffe in Schichtform gepreßt und druckdicht eingekapselt sind.This object is achieved in that we in the primer at least two initial explosives are provided, the second one reduced compared to the first explosive graced explosiveness that the first explosive surrounds the primer and an organometallic explosive is that the second initial explosive is an inorganic Ge is mixed and that both initial explosives in layer form are pressed and encapsulated pressure-tight.
Die erfinderische Lösung beruht auf einer Anpassung der Zünd kette an die systemtechnisch günstige Detonationsgeschwindig keit im Bereich der Initialzündung; als zweite und eventuell weitere Initialsprengstoff-Schichten eignen sich somit auch Sprengstoffe, die per se nicht als Initialsprengstoffe gel ten.The inventive solution is based on an adaptation of the ignition chain to the system-technically favorable detonation speed speed in the area of the initial ignition; second and possibly additional layers of explosives are therefore also suitable Explosives that do not gel as initial explosives per se ten.
Der Einsatz von zwei Initialsprengstoffen im Zünder bewirkt in praxi primär ein zuverlässiges Zünden der ersten Initial sprengstoff-Schicht und anschließend eine Ausbreitung der Zündung, bei reduzierter Zündgeschwindigkeit in der zweiten, weniger brisanten Sprengstoff-Schicht.The use of two initial explosives in the detonator causes in practice primarily reliable ignition of the first initial explosives layer and then a spread of Ignition, with reduced ignition speed in the second, less explosive explosive layer.
Durch das gemeinsame Verpressen der beiden Sprengstoffschich ten ergibt sich überraschenderweise die gewünschte Initial zündwirkung auch beim weniger brisanten Sprengstoff.By pressing the two explosive layers together Surprisingly, the desired initial results Ignition effect even with less explosive explosives.
Bewährt hat sich der Einbau der Übertragungsladung oder zu mindest von Komponenten der Übertragungsladung, wie sie im Gasgenerator vorgesehen ist, gemäß Anspruch 2. The installation of the transfer charge has proven itself or too at least of components of the transfer charge, as in Gas generator is provided, according to claim 2.
Besonders bewährt hat sich als zweiter Initialsprengstoff BKNO₃, gemäß Anspruch 3, in gepreßter Form.Has proven particularly useful as a second explosive BKNO₃, according to claim 3, in pressed form.
Bleitrizinat, entsprechend Anspruch 4, gibt die notwendige Zündsicherheit, auch in Kombination mit wenig brisanten wei teren Sprengstoffen.Lead ricinate, according to claim 4, gives the necessary Protection against ignition, also in combination with less explosive white other explosives.
Es ist sinnvoll, die Verhältnisse der beiden Sprengstoff schichten nach den Angaben nach Anspruch 5 zu wählen, da ei nerseits der notwendige Druckaufbau gewährleistet ist, und andererseits Druckstöße vermieden werden.It makes sense to check the proportions of the two explosives to choose layers according to the information of claim 5, since egg on the other hand, the necessary pressure build-up is guaranteed, and on the other hand, pressure surges can be avoided.
Zusätzlich kann das Mischungsverhältnis von BKNO₃ nach den Angaben in Anspruch 6 an den gewünschten Druckverlauf angepaßt und optimiert werden.In addition, the mixing ratio of BKNO₃ according to the Information in claim 6 adapted to the desired pressure curve and be optimized.
Bevorzugte Korngrößen des Bleitrizinats, nach Anspruch 7, ergeben eine verbesserte Funktionssicherheit.Preferred grain sizes of lead ricinate according to claim 7, result in improved functional reliability.
Die gezielte Auswahl der Korngrößen bzw. Kristalle der BKNO₃ - Mischung dienen ebenfalls der Steigerung der Qualität des Anzündvorgangs.The targeted selection of the grain sizes or crystals of BKNO₃ - Mixing also serve to increase the quality of the Ignition process.
Bevorzugt werden die Sprengstoffschichten in einer Kunst stoffkappe gepreßt, Anspruch 9, und eingekapselt, was aus reaktionschemischen und korrosionstechnischen Gründen sinn voll ist.The explosive layers are preferred in an art pressed fabric cap, claim 9, and encapsulated what reaction chemical and corrosion reasons is full.
Die Verwendung eines Glühdrahtes, nach Anspruch 10, hat sich im Zusammenhang mit der Verwendung von zwei Initialspreng stoff-Schichten sehr bewährt; er ist zudem sehr wirtschaft lich herstellbar.The use of a filament, according to claim 10, has associated with the use of two initial blasting fabric layers very proven; it is also very economical producible.
Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes näher beschrieben.In the following, drawings will be used games described in more detail.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 Einen Gasgenerator mit einer erfindungsgemäßen Zündkette, FIG. 1 a gas generator with an inventive firing chain,
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Gasgenera tors Fig. 1, mit Einzelheiten des Aufbaus des Zün ders und Fig. 2 is an enlarged sectional view of the gas generator Fig. 1, with details of the structure of the Zün and
Fig. 3 den charakteristischen Druckverlauf resultierend von einem erfindungsgemäßen Zünder bei verschie denen Temperaturen. Fig. 3 shows the characteristic pressure curve resulting from an igniter according to the invention at various temperatures.
In Fig. 1 ist ein topfförmiger Gasgenerator mit 100 bezeich net. Er besteht im wesentlichen aus einem Brennkammergehäuse 101, mit hier nicht näher dargestellten Kammern, Schikanen und Filterelementen und besitzt im Zentrum ein zylinderförmi ges Zentralrohr 102, in welchem sich eine Übertragungsladung 103 aus BKNO₃ befindet. Durchlässe 104, in Form von Bohrungen gewährleisten nach der Zündung einen Gasdurchtritt in die Brennkammer 106, welche mit an sich bekannten pyrotechnischen Sätzen 107, sogenannten Pellets, gefüllt ist. Das Zündsignal wird über einen elektrischen Stecker 108 und ein 2poliges Zündkabel 109 über Sensoren geschaltet und in bekannter Weise erzeugt der Anordnung zugeführt.In Fig. 1, a cup-shaped gas generator with 100 is designated net. It consists essentially of a combustion chamber housing 101 , with chambers, baffles and filter elements, not shown here, and has a central cylinder 102 in the center, in which there is a transfer charge 103 made of BKNO₃. Passages 104 , in the form of bores, ensure gas passage after ignition into the combustion chamber 106 , which is filled with known pyrotechnic sentences 107 , so-called pellets. The ignition signal is switched via an electrical connector 108 and a 2-pin ignition cable 109 via sensors and is supplied to the arrangement in a known manner.
Der Zünder 1 ist axialsymmetrisch zentriert durch einen Trä gerflansch 105 und mittels eines Klammer-Flansches 105b ge halten. Ein Sicherungsbund 105a verhindert ein axiales Ver schieben, eine Sicherungsbuchse 110 dient zusätzlich der Ar retierung. Aus Fig. 2 sind Einzelheiten des Aufbaus des Zün ders 1, in der Übertragungsladung 103 ersichtlich; zusätzlich ist hier die Steckersicherung 9 bezeichnet.The igniter 1 is axially symmetrically centered by a carrier flange 105 and by means of a clamp flange 105 b hold ge. A locking collar 105 a prevents axial sliding, a locking bushing 110 also serves as a locking mechanism. From Fig. 2 details of the structure of the Zün ders 1 , can be seen in the transfer charge 103 ; in addition, the plug fuse 9 is designated here.
Das Gehäuse 2, eine durch Bördelung hergestellte Metallkap sel, enthält stirnseitig Einkerbungen 3, welche Sollbruch stellen darstellen und einen gezielten Gasübertritt in die Übertragungsladung 103 gewährleisten. In der derart gebilde ten Kapsel 2 befindet sich eine Ladungskappe 4 aus Kunst stoff, in welcher ein erster Initialsprengstoff 5 und ein zweiter Initialsprengstoff 6 unter Druck eingepreßt sind. Im ersten Initialsprengstoff 5 befindet sich ein Glühdraht 7, welcher eine Widerstandsbrücke zwischen den beiden Kontakt stiften 8 bildet und als elektrisches Zündmittel wirkt.The housing 2 , a Metallkap sel produced by flanging, contains notches 3 on the end face, which represent predetermined breaking points and ensure a targeted gas transfer into the transfer charge 103 . In the capsule 2 thus formed there is a charge cap 4 made of plastic, in which a first initial explosive 5 and a second initial explosive 6 are pressed under pressure. In the first explosive 5 there is a filament 7 , which forms a resistance bridge between the two contact pins 8 and acts as an electrical ignition means.
Die Kontaktstifte 8 sind in einen an seinen Stirnseiten ebe nen Isolator 10 aus Glas eingegossen.The contact pins 8 are cast into a glass insulator 10 on its end faces.
Wie nach der auf das Erfindungswesentliche beschränkten Dar stellung nach Fig. 2 ersichtlich ist, bestehen die Übertra gungsladung 103 und der zweite Initialsprengstoff aus dem gleichen Material, d. h. aus einer Mischung aus Bor-Kaliumni trat = BKNO₃. Die erste Initialsprengstoff-Schicht 5 ist aus Bleitrinitroresorcinat auch Trizinat genannt bestehend.As to the limited to the essentials invention Dar position of FIG. 2 can be seen, there are the delegation of charge 103 and the second initiating explosive of the same material, that is entered from a mixture of boron Kaliumni = BKNO₃. The first initial explosive layer 5 is composed of lead trinitroresorcinate, also called tricinate.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, stellt sich in einer Prüfkapsel (Prüfbombe) von 3 cm³ Volumen innerhalb von ca. 1 ms ein Druck von etwa 90 bar ein, der sich während einem weiteren Intervall von 10 ms nur sehr langsam abbaut. Bei einer Umge bungstemperatur von 85°C wird ein maximaler Druck von 97 bar innert 1 ms bis 2 ms aufgebaut, der nach 0,5 ms auf 80 bar absinkt und nach ca. 10 ms noch 60 bar beträgt. Bei 20°C wird der maximale Druck 90 bar, nach weiteren 0,5 ms ca. 80 bar und nach 7 ms ca. auf 70 bar absinkt.As can be seen from FIG. 3, in a test capsule (test bomb) with a volume of 3 cm 3, a pressure of about 90 bar is established within approx. 1 ms, which pressure decreases only very slowly during a further interval of 10 ms. At an ambient temperature of 85 ° C, a maximum pressure of 97 bar is built up within 1 ms to 2 ms, which drops to 80 bar after 0.5 ms and is still 60 bar after approx. 10 ms. At 20 ° C the maximum pressure drops to 90 bar, after a further 0.5 ms approx. 80 bar and after 7 ms to approx. 70 bar.
Die aus systemtechnischen Gründen nicht zulässigen Druckbe reiche sind im Diagramm nach Fig. 3 schraffiert eingezeich net.The pressure ranges that are not permissible for technical reasons are shown hatched in the diagram according to FIG. 3.
Der Erfindungsgegenstand erfüllt die Anforderungen auch bei sehr tiefen Temperaturen. Bei -35°C wird ein Druck von etwa 70 bar innerhalb von weniger als 2,0 ms aufgebaut der erhal ten bleibt während mehr als 10 ms. The subject of the invention also fulfills the requirements very low temperatures. At -35 ° C a pressure of about 70 bar built up within less than 2.0 ms remains for more than 10 ms.
Dieser Druckverlauf im Gasgenerator mit dem erfindungsgemä ßen Zünder ist wesentlich für die zuverlässige Funktion des Aufprallschutzsystems.This pressure curve in the gas generator with the invention his detonator is essential for the reliable functioning of the Impact protection system.
Optimal haben sich Sprengstoffschichten erwiesen mit einer Masse an gepreßtem 1. Initialsprengstoff von 30 mg Trizinat und ebenfalls gepreßtem 75 mg Bor-Kaliumnitrat als 2. Initialsprengstoff. Das Verhältnis von Bor zu Kaliumnitrat beträgt dabei 40 Gew.-% B und 60 Gew.-% KNO₃.Explosive layers have proven to be optimal with a Mass of pressed 1st initial explosive of 30 mg tricinate and also pressed 75 mg boron potassium nitrate as the 2nd Initial explosives. The ratio of boron to potassium nitrate is 40 wt .-% B and 60 wt .-% KNO₃.
Bewährt haben sich Korngrößen von Bor im Bereich von 50 µm.Grain sizes of boron in the range of 50 µm have proven effective.
Durch eine Variation der Mengen in den in den Ansprüchen er wähnten Grenzen läßt sich die Initial-Gasentwicklung in der Zündkette derart steuern, daß sie weitgehend den physikali schen Eigenschaften eines Airbags bzw. an seine mechanische Beanspruchbarkeit angepaßt werden kann. Ebenso läßt sich der Druckverlauf bei Gurten-Straffern, zusammen mit den übri gen Systemparametern des Gasgenerators an die kinetischen Be dingungen des Druckkolbens und der Aufwickelmechanik anpas sen.By varying the amounts in the claims he The initial gas evolution in the above-mentioned limits Control the ignition chain in such a way that it largely controls the physical properties of an airbag or its mechanical properties Resilience can be adjusted. Likewise, the pressure curve for belt tensioners, together with the others system parameters of the gas generator to the kinetic loading Adjust the conditions of the pressure piston and the winding mechanism sen.
Zur Erzielung einer Initialzündwirkung der beiden Spreng stoff schichten ist ihr Verpressen in der Kapsel 2 notwendig; Preßdrucke von bis zu 10′000 N/cm² haben sich als zweckmäßig erwiesen. Überraschender Weise traten auch bei beträcht lich höheren Drucken keine Ereignisse auf.To achieve an initial ignition effect of the two explosive layers, their compression in the capsule 2 is necessary; Pressing pressures of up to 10,000 N / cm² have proven to be useful. Surprisingly, no events occurred even at considerably higher pressures.
Selbstverständlich können in der Zündkapsel auch mehr als zwei Sprengstoffschichten vorhanden sein, wenn die Zündkette an einen systembedingten, sanften Druckaufbau angepaßt wer den soll. Ebenso können auch konventionelle Initialspreng stoffe zur Anpassung an den gewünschten Druckverlauf einge setzt werden, wobei in der Regel die Zündkette mit dem höher brisanten Sprengstoff beginnt und auf die weniger brisanten Sprengstoffe übergeführt ist.Of course, more than two layers of explosives be present when the ignition chain who adapted to a system-related, gentle pressure build-up that should. You can also use conventional initial blasting fabrics to adapt to the desired pressure curve be set, usually the ignition chain with the higher explosive explosives begins and the less explosive Explosives is transferred.
BezugszeichenlisteReference list
1 Zünder (Glühdraht-)
2 Gehäuse (Kapsel)
3 Einkerbungen (Sollbruchstelle)
4 Ladungskappe (Kunststoff)
5 1. Initalsprengstoff
6 2. Initialsprengstoff
7 Glühdraht
8 Kontaktstifte
9 Stecker-Sicherung
10 Isolator (Glas)
G Gas (gefiltert)
100 Gasgenerator (topfförmig)
101 Brennkammergehäuse
102 Zentralrohr
103 Übertragungsladung
104 Durchlässe (Bohrungen)
105 Trägerflansch
105a Sicherungsbund
105b Klammer-Flansch
106 Brennkammer
107 Pyrotechnische Sätze (Pellets)
108 Elektrischer - Stecker
109 Zündkabel (2polig)
110 Sicherungsbuchse 1 igniter (glow wire)
2 housing (capsule)
3 notches (predetermined breaking point)
4 charge cap (plastic)
5 1. Initial explosives
6 2. Initial explosives
7 glow wire
8 contact pins
9 plug fuse
10 insulator (glass)
G gas (filtered)
100 gas generator (pot-shaped)
101 combustion chamber housing
102 central tube
103 transfer charge
104 passages (bores)
105 support flange
105 a safety collar
105 b clamp flange
106 combustion chamber
107 Pyrotechnic phrases (pellets)
108 Electrical - plug
109 ignition cable (2-pin)
110 fuse socket
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: SCHLAGWEIN, U., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 61231 BAD N |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Representative=s name: HEBING, N., DIPL.-PHYS., PAT.-ANW., 61231 BAD NAUH |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |