DE3914690C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entzünden von gas­ entwickelndem Material in einem Fahrzeuginsassen-Rückhalte­ system. Ein solches Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem benötigt ein zündfähiges gasentwickelndes Material zum Aufblasen eines Gassackes, im folgenden als "Airbag" bezeichnet.

Eine für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem geeignete Zünd­ vorrichtung ist in der US-PS 45 61 675 offenbart. Diese Zünd­ vorrichtung und das gasentwickelnde Material sind in einem Aluminiumgehäuse enthalten, das eine mechanische Festigkeit hat, die sich bei starker Erhitzung verschlechtert. Wenn das gasentwickelnde Material bei einer Gehäusetemperatur von etwa 343°C entzündet wird, kann das Gehäuse bersten, und Gehäuse­ teile können in alle Richtungen davonfliegen. Die US-PS 45 61 675 verwendet, um dieses Problem zu vermeiden, ein selbstzün­ dendes Material, das sich in einem Behälter neben der Zündvor­ richtung befindet. Das selbstzündende Material ist ein rauch­ loses Pulver und entzündet sich bei ungefähr 177°C. Das selbst­ zündende Material zündet das Treibmaterial, das seinerseits das gasentwickelnde Material entzündet, oder aber das selbst­ zündende Material entzündet das gasentwickelnde Material direkt. Bei 177°C besitzt das Aluminiumgehäuse genügend Fe­ stigkeit, um dem Druck, der aus der Gasentwicklung durch das gasentwickelnde Material entsteht, standzuhalten, so daß das Gehäuse nicht reißt oder bricht. Die Konstruktion nach der US- PS 45 61 675 hat jedoch den Nachteil, daß sich das selbstzün­ dende Material in einem getrennten Behälter befindet, was den Zusammenbau der Aufblaseinrichtung aufwendig macht und die Kosten erhöht.

Eine andere bekannte Zündvorrichtung zum Entzünden eines gas­ entwickelnden Materials in einem Fahrzeuginsassen-Rückhalte­ system umfaßt einen Brückendraht, der mit elektrisch leitfähi­ gen Leitungen verbunden ist. Die Leitungen sind im Betrieb mit einer Energiequelle verbunden. Der Brückendraht ist mit Blei­ styphnat (Bleitrinitroresorzinat) beschichtet. Bleistyphnat ist ein selbstzündendes Material. Die Verwendung von Blei­ styphnat birgt jedoch Nachteile. Zu diesen Nachteilen gehört es, daß die Selbstzündungstemperatur von Bleistyphnat von 240°C höher ist als die Selbstzündungstemperatur des rauchlo­ sen Pulvers, das in der US-PS 45 61 675 verwendet wird, näm­ lich von 177°C, und es ist äußerst schwierig, mit Bleistyphnat sicher umzugehen, wenn es auf den Brückendraht aufgetragen wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Entzünden von gasentwickelndem Material in einem Fahrzeugin­ sassen-Rückhaltesystem, die ein Bersten des Gehäuses durch übermäßige Erhitzung wie bei einem Brand sicher und mit einfa­ chen Mitteln verhindert.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Ausbildung der Zündvorrichtung gelöst. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Einzelheiten mehrerer Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die Zeichnung; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt eines aufblasbaren Insassen-Rückhal­ tesystems nach einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 2 eine schematische Teil-Schnittansicht einer Aufblas­ einrichtung des aufblasbaren Insassen-Rückhaltesystems aus Fig. 1, die etwa entlang der Linie 2-2 der Fig. 1 verläuft; und

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Auf­ blaseinrichtung, die in Fig. 2 dargestellt ist.

Das in Fig. 1 beispielshalber gezeigte Fahrzeuginsassen-Zurückhaltesystem 10 umfaßt einen auf­ blasbaren Airbag 12. Wird das Fahrzeug in einen Zusammenstoß verwickelt, so wird der Airbag 12 von einem zusammengefalte­ ten Zustand, der in durchgezogenen Linien in Fig. 1 darge­ stellt ist, mittels eines schnellen Gasstroms aus einer Auf­ blaseinrichtung 20 in einen ausgedehnten versetzt, der in gestrichelten Linien in Fig. 1 dargestellt ist. Wenn sich der Airbag in ausgedehntem Zustand befindet, hält er die Bewegung eines Fahrzeuginsassen zurück und verhindert, daß der Insasse bei einem Zusammenstoß hart auf Teile des Fahrzeuginnenraums aufschlägt. Dann faltet sich der Airbag 12 schnell zusammen, so daß der Insasse ungehindert aus dem Fahrzeug aussteigen kann. Damit der Airbag 12 sich zusammenfalten kann, ist der Airbag 12 bevorzugt aus einem porösen Material gebildet, das es dem Gas ermöglicht, aus dem Airbag auszuströmen.

Der Airbag 12 könnte sicher an vielen verschiedenen Teilen des Fahrzeugs montiert werden; aber in Fig. 1 ist darge­ stellt, daß er an einem Armaturenbrett 22 des Fahrzeugs montiert ist. Der Airbag 12 ist an einem starren Reaktions­ kanister aus Metall angebracht, der am Armaturenbrett 22 angebracht ist. Die Aufblaseinrichtung 20 ist innerhalb des Reaktionsbehälters 24 so ausgerichtet, daß das von der Auf­ blaseinrichtung 20 ausströmende Gas bewirkt, das sich der Airbag 12 in den Fahrgastraum hinein ausdehnt. Die Ausblas­ einrichtung 20 wird nicht genau beschrieben, da sie nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist und in der US-PS 48 17 828 beschrieben ist.

Findet ein Zusammenstoß statt, dann schließt sich ein Träg­ heitsschalter 34 (Fig. 2). Der Schalter 34 ist mit einer Energiequelle 36 des Fahrzeugs verbunden. Der Schalter 34 und die Energiequelle 36 sind durch die Drähte 38, 40 zu einer Zündkapsel oder einer Zündvorrichtung 42 an einem Ende der Aufblaseinrichtung 20 in Reihe geschaltet. Wenn elektrischer Strom einer festgelegten Größenordnung der Zündvorrichtung 42 zugeführt wird, dann zündet diese.

Es ist offensichtlich, daß viele verschiedene Arten oder Konstruktionen für die Zündvorrichtung 42 möglich sind. Die Zündvorrichtung 42 ist beispielsweise zylindrisch gestaltet und wird von einem zylindrischen Teil 44 (Fig. 3) eines Halters 46 gestützt. Der Halter 46 steht in Gewindeverbindung mit einer Endplatte 48 der Aufblaseinrichtung 20. Ein Brückendraht 52 befindet sich innerhalb der Zündvorrichtung 42 an einer Position axial neben dem Brückendrahtgemisch 56. Das Brückendrahtgemisch setzt sich bevorzugt aus 5 bis 40 mg Zirkonkaliumperchlorat zusammen. Zündfähiges Material 54 befindet sich innerhalb der Zündvorrichtung 42 und axial neben dem Brückendrahtgemisch 56. Wenn der elektrische Strom festgelegter Größenordnung an den Brückendraht 52 angelegt wird, dann wird der Brückendraht 52 schnell erhitzt und zündet das Brückendrahtgemisch 56. Die Hitze, die durch die Zündung des Brückendrahtgemisches 56 erzeugt wird, zündet das zündfähige Material 54.

Heiße Gase und die Flamme aus dem zündfähigen Material 54 bewirken die Zündung von gasentwickelndem Material, das in der Aufblaseinrichtung 20 gehalten wird. Das gasentwickelnde Material umfaßt eine Vielzahl von zylindrisch gestalteten Treibsätzen 64, die, wie in Fig. 3 dargestellt, die Zündvor­ richtung 42 umgeben, und eine Vielzahl von koaxialen zy­ lindrisch gestalteten Treibsätzen 66, die nebeneinander in Abstand von der Zündvorrichtung 42 angeordnet sind. Die Ver­ brennung der Treibsätze 64, 66 geschieht schnell, damit schnell eine relativ große Menge Gases erzeugt wird, das in den Airbag 12 gelenkt wird. Genauer, der Airbag 12 soll sich in 20 bis 40 ms aufblasen, nachdem der Schalter 34 geschlossen ist.

Jeder der zylindrischen Treibsätze 64 weist einen zylin­ drischen zentralen Durchgang 70 auf, der die Zündvorrichtung 42 aufnimmt. Der Durchgang 70 verläuft durch die Treibsätze 64 zwischen axial gegenüberliegenden Stirnflächen 72, 74 der Treibsätze. Die zentrale Längsachse des Durchgangs 70 fällt zusammen mit der zentralen Längsachse der Treibsätze 64. Zur Erzielung einer maximalen Verbrennungsrate der Treibsätze 64 verläuft eine Vielzahl von zylindrischen Durchgängen 76 durch die Treibsätze 64 zwischen den axial gegenüberliegenden Stirnflächen 72, 74. Die Achsen der Durchgänge 76 verlaufen parallel zu den zentralen Längsachsen der Treibsätze 64 und der zentralen Durchgänge 70.

Jeder der Treibsätze 66 hat einen relativ kleinen Durchmes­ ser, wobei der zentrale zylindrische Durchgang 80 eine zentrale Längsachse hat, die mit der zentralen Längsachse des Treibsatzes 66 zusammenfällt. Der Durchgang 80 verläuft zwi­ schen gegenüberliegenden axialen Stirnflächen 82, 84 des Treibsatzes 66. Außerdem weist jeder Treibsatz 66 eine Viel­ zahl von zylindrischen Durchgängen 86 auf, die axial durch den Treibsatz 66 zwischen den gegenüberliegenden Stirnflächen 82, 84 verlaufen. Die zentralen Längsachsen der Durchgänge 86 verlaufen parallel zu den zentralen Längsachsen des Durch­ gangs 80 und des Treibsatzes 66. Die Querschnitte der Durch­ gänge 76, 80, 86 sind kreisförmig, identisch im Durchmesser und gleich in ihrer gesamten Ausdehnung. Die Durchgänge sind zur Unterstützung der gleichmäßigen Verbrennung der Treibsätze 66 angeordnet, wie in der US-PS 48 17 828 genau beschrieben. Die Treibsätze 64, 66 bestehen bevorzugt aus einer Alkali­ metall-Azidverbindung, wie das in der US-PS 46 96 705 offenbart ist.

Das Gas, das innerhalb der verschiedenen Durchgänge der Treibsätze 64, 66 erzeugt wird, strömt aus den Durchgängen 70, 76, 80, 86 und bläst den Airbag 12 auf. Um dieses Strömen zu ermöglichen, sind Abstände zwischen maximalen Stirnflächen benachbarter Treibsätze vorgesehen. Die Abstände an gegen­ überliegenden axialen Stirnflächen der Treibsätze verlaufen radial nach außen von den zentralen Durchgängen 70, 80 der Treibsätze zu den zylindrischen Außenflächen der Treibsätze. Die Abstände sind durch axial vorspringende Abstandspolster oder Vorsprünge 90 vorgesehen, die an den axial gegenüber­ liegenden Stirnseiten der Treibsätze ausgebildet sind. Die Abstandspolster 90 für einen Treibsatz greifen an das Ab­ standspolster 90 am benachbarten Treibsatz an, so daß Abstände gleicher Breite oder axialer Ausdehnung zwischen den gegen­ überliegenden Treibsätzen vorgesehen werden.

Das Gas, das durch Verbrennung der Treibsätze 64, 66 erzeugt wird, strömt radial durch Öffnungen 102 in einer starren zy­ lindrischen Metallröhre 104 (Fig. 1 und 2), die die Treib­ sätze 64, 66 umgibt. Dann strömt das Gas durch ein Filter 106. Das Filter besteht bevorzugt aus einer Vielzahl von Lagen aus Drahtgeflecht, Stahlwolle und Glasfiber. Das Filter 106 verhindert, daß Funken und/oder Partikel des heißen Materials in den Airbag 12 gelangen.

Schließlich strömt das Gas durch Öffnungen 112 in einer zylindrischen Seitenwand eines Gehäuses der Aufblaseinrich­ tung 114 in den Reaktionsbehälter 24 und den Airbag 12. Das Gehäuse 114 ist bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung, so daß das Gewicht der Aufblaseinrichtung 20 möglichst gering gehalten wird. Wird das Gehäuse 114 einer relativ hohen Temperatur wie zum Beispiel etwa 343°C ausgesetzt, so verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften der Alu­ miniumlegierung, wie zum Beispiel die Festigkeit.

Die Zündvorrichtung 42 (Fig. 3) umfaßt einen Behälter 122 für das zündfähige Material 54. Der Behälter 122 ist im Halter 46 mit Epoxidharz geklebt. Der Behälter 122 ist im allgemeinen von zylindrischer Gestalt, und ein Kreuz ist in seinen Endbe­ reich 124 gestanzt; er weist gekerbte Linien im Endbereich 124 auf, die, wie bekannt ist, den Endbereich des Behälters schwächer machen. Der Behälter 122 besteht bevorzugt aus einem Metall wie Aluminium oder Stahl; so wird Außenwärme des Behälters relativ schnell durch den Behälter geleitet. Wenn sich das zündfähige Material 54 entzündet, bricht der Endbe­ reich des Behälters entlang der gekerbten Linien des Kreuzes und öffnet sich; und eine Flamme wird zum Zünden der Treib­ sätze 64, 66 des gasentwickelnden Materials aus dem Behälter gerichtet.

Das zündfähige Material 54 ist ein Treibmaterial 132 und ein selbstzündendes Material 134, das sich entzündet, wenn es auf eine Temperatur zwischen 149°C und 240°C erhitzt wird; beide Materialien befinden sich im Behälter 122. Das zündfähige Material 54 ist bevorzugt eine homogene Mischung aus dem Treibmaterial 132 und dem selbstzündenden Material 134. Das Gewichtsverhältnis des Treibmaterials 132 zum selbstzündenden Material 134 in der Mischung aus zünd­ fähigem Material 54 liegt zwischen 1,25 zu 1 und 30 zu 1. Beispielsweise können 250 mg bis 1,5 g Treibmaterial und 50 bis 200 mg des selbstzündenden Materials verwendet werden.

Das Treibmaterial 132 ist bevorzugt ein Gramm einer homogenen Mischung von zwischen 70 und 74 Gew.-% BKNO₃ (Borkaliumnitrat) und von zwischen 26 und 30 Gew.-% einer homogenen Mischung von TiH₂ (Titanhydrid) und KClO₄ (Kaliumperchlorat). Das Treib­ material 132 entzündet sich, wenn es auf ungefähr 371°C erhitzt wird. Das BKNO₃ besteht aus einer Mischung von zwischen 22 und 26 Gew.-% Bor, 69 bis 73 Gew.-% Kalium­ nitrat und 2 bis 6 Gew.-% eines Bindemittels. Die Mischung aus TiH₂ und KClO₄ besteht aus 27 bis 31 Gew.-% TiH₂, 65 bis 69 Gew.-% KClO₄ und zwischen 2 und 6 Gew.-% eines Bindemittels.

Das selbstzündende Material 134 besteht bevorzugt aus 100 mg eines rauchlosen Pulvers insbesondere jedes erhältliche Zellulose­ nitratpulver oder Schießpulver. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ent­ zündet sich das rauchlose Pulver bei ungefähr 177°C.

Das selbstzündende Material 134 weist viele kleine zylindri­ sche Treibsätze auf, die beliebig in der gesamten Mischung des zündfähigen Materials 54 ausgerichtet sind. Einige der Treibsätze des selbstzündenden Materials 134 sind in Kontakt mit der Innenfläche 152 des Behälters 122 oder sind nahe daran angeordnet. Wenn die Hitze außerhalb des Behälters 122 in das Innere des Behälters geleitet wird, werden die Treib­ sätze des selbstzündenden Materials 134, die in Kontakt mit dem Behälter stehen oder neben ihm angeordnet sind, erhitzt. Wenn die Treibsätze auf eine Temperatur von 177°C erhitzt werden, entzünden sie sich. Wenn also die Aufblasein­ richtung 20 relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wird, wie sie z. B. vorkommen könnten, wenn das Fahrzeug Feuer fängt, wird das gasentwickelnde Material entzündet, bevor das Gehäuse 114 der Aufblaseinrichtung auf eine Temperatur er­ hitzt wird, bei der seine Festigkeit abnimmt. In dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Treibsätze des selbstzündenden Materials 134 über die gesamte Mischung ver­ streut; die Treibsätze könnten jedoch nahe einer Außenwand des Behälters 122 konzentriert werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Entzünden von gasentwickelndem Material in einem Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, gekennzeichnet durch

• a) ein Gehäuse für das gasentwickelnde Material, wobei das Ge­ häuse mechanisch Eigenschaften aufweist, die sich bei Er­ hitzung auf eine vorbestimmte Temperatur verschlechtern, und
• b) eine Zündeinrichtung zum Entzünden des gasentwickelnden Ma­ terials, die auf eine Temperatur unterhalb der vorbestimm­ ten Temperatur anspricht und einen Behälter aufweist, der Außenwärme relativ schnell in das Behälterinnere zu über­ tragen vermag, mit einer im Behälter angeordneten Zündmi­ schung aus selbstzündendem Material und Treibmaterial, wo­ bei das selbstzündende Material bei einer niedrigeren Tem­ peratur zündet als das Treibmaterial, so daß die Zündabfol­ ge vom selbstzündenden über das Treib- zum gasentwickelnden Material abläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung ein Gewichtsverhältnis des Treibmaterials zu dem selbstzündenden Material von zwischen 1,25 zu 1 und 30 zu 1 aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmaterial eine homogene Mischung von 70 bis 74 Gew.-% BKNO₃ und 26 bis 30 Gew.-% einer homogenen Mischung aus TiH₂ und KClO₄ aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die homogene Mischung aus TiH₂ und KClO₄ aus 27 bis 31 Gew.-% TiH₂, 65 bis 69 Gew.-% KClO₄ und 2 bis 6 Gew.-% eines Binde­ mittels besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das BKNO₃ Material aus einer homogenen Mischung aus 22 bis 26 Gew.-% Bor, 69 bis 73 Gew.-% Kaliumnitrat und 2 bis 6 Gew.-% eines Bindemittels besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter metallisch ist und ein Teil des selbstzündenden Materials in Kontakt mit dem Behälter steht und das selbstzün­ dende Material sich entzündet, wenn es durch Wärmeleitung durch den Behälter auf die vorbestimmte Temperatur erhitzt wird.