Die Erfindung betrifft eine gaserzeugende Mischung aus einem Brennstoff, einem Oxidator und gegebenenfalls einem Kühlmittel.
Gaserzeugende Mischungen der vorgenannten Art - auch Gasgeneratorsätze genannt - zeichnen sich dadurch aus, daß sie bei Verbrennung eine hohe Gasausbeute (>14 mol/kg) ermöglichen. Sie werden für aufblasbare Rückhalte- (Airbag) und Rettungssysteme, Feuerlöscheinrichtungen sowie für unempfindliche Festtreibstoffe für Raketen- und Rohrwaffenantriebe eingesetzt. Besonders im zivilen Bereich werden thermisch-mechanische Unempfindlichkeit und Ungiftigkeit der Ausgangsmischungen, aber auch fehlende Toxizität bei den entstehenden Gasen gefordert. Viele im Einsatz befindliche Systeme erfüllen diese Forderungen nicht oder nur sehr unzulänglich.
Bei Airbag-Systemen wurden zunächst gaserzeugende Mischungen auf der Basis von Natriumazid eingesetzt und erprobt, das jedoch wegen seiner Toxizität und der entstehenden Feststoffpartikel problematisch ist. Ähnliche Probleme ergeben sich auch bei den sogenannten Hybrid-Gasgeneratoren, bei denen Nitramine oder Perchlorate eingesetzt werden.
Es hat deshalb nicht an Anstrengungen gefehlt, insbesondere ungiftige Ausgangsverbindungen bereitzustellen. Hierzu zählen vor allem stickstoffreiche und kohlenstoffarme Brennstoffe, wie TAGN, NIGU und NTO. Besonders gute Ergebnisse konnten mit Diguanidinium 5,5'-azotetrazolat (GZT) erzielt werden (DE 41 08 225). Sowohl die Ausgangsmischung, als auch die entstehenden Gase sind weitgehend ungiftig und bestehen zum überwiegenden Teil aus Stickstoff. Auch zeigt diese Substanz ein gutes Abbrandverhalten. Nachteilig ist allerdings auch hierbei die Tatsache, daß die CO- und NOx-Problematik simultan gelöst werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gaserzeugende Mischung vorzuschlagen, die selbst und deren Verbrennungsprodukte ungiftig sind und die bei hoher Abbrandgeschwindigkeit eine lange Lebensdauer und Funktionstüchtigkeit auch unter extremen Einsatzbedingungen aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brennstoff aus einer Mischung aus Kupfertetrammindinitrat [Cu(NH3)4](NO3)2 und einem eine große Sauerstoff-Reaktionsfähigkeit aufweisenden, pulverförmigen Metall oder Halbmetall bzw. Legierung derselben besteht.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene anorganische Brennstoff-Mischung bietet den Vorteil, daß bei der Verbrennung keine CO2- bzw. CO-Schadgase entstehen. Durch die Verwendung des Metallpulvers läßt sich das Abbrandverhalten der Reaktionsmischung in weiten Bereichen einstellen. Bei der Verbrennung baut sich der Maximaldruck innerhalb weniger Millisekunden auf, wobei ferner die Verbrennungstemperatur relativ niedrig liegt, so daß insbesondere bei Airbag-Systemen auch thermisch empfindliche Sackmaterialien nicht gefährdet werden.
Das Metallpulver ist vorzugsweise amorphes Bor in einer Korngröße < 20 µm.
In weiterhin bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß der Oxidator ein basisches Kupfernitrat, nämlich Cu(NO3)2*3Cu(OH2) ist.
Der vorgeschlagene Oxidator zeichnet sich dadurch aus, daß er nicht hygroskopisch ist und damit die Mischung auch unter feuchten Umgebungsbedingungen lange funktionstüchtig bleibt. Ferner trägt dieser Oxidator zu einer relativ niedrigen Verbrennungstemperatur bei. Dabei können gegebenenfalls zusätzlich noch Kühlmittel, wie Fe2O3-Pulver, zugesetzt werden, wobei zusätzlich dessen oxidative Eigenschaften in der Reaktionsmischung genutzt werden können (EP 0 536 525).
Eine in der Praxis bewährte Mischung zeichnet sich dadurch aus, daß sie aus Bor, [Cu(NH3)4](NO3)2 und Cu(NO3)2*3Cu(OH)2 mit ausgeglichener Sauerstoffbilanz und der Zusammensetzung 3,65/69,33/27,02 Mass-% besteht.
Es wird eine Mischung bestehend aus amorphem Bor, [Cu(NH3)4](NO3)2 und Cu(NO3)2*3Cu(OH)2 im Verhältnis 3,65 : 69,33 : 27,02 Mass-% hergestellt. Diese Formulierung wird bezüglich ihres Anzünd- und Verbrennungsverhaltens experimentell in der ballistischen Bombe untersucht. Dabei wird das beigefügte Druckverlaufsdiagramm erhalten. Das Diagramm zeigt, daß die Mischung gute Anzünd- und Verbrennungseigenschaften besitzt. Bei einer Ladedichte von 0,1 g/cm3 liegt der maximale Druck im Bereich von 55,2 MPa, der nach etwa 23,8 ms erreicht wird (t(pmax)= 23,8 ms). Die Druckanstiegszeit zwischen 30 bis 80 % des Maximaldrucks t30-80 beträgt 1,76 ms. Durch Strahlungsmessungen wurde eine Verbrennungstemperatur von 2000 K ermittelt. Die in einer kalorimetrischen Bombe entwickelten Gase bestanden zu 99,05 Vol.-% aus N2 und wiesen nur 10 ppm NH3 auf.