Brevet FR2796936A1 — publié le 20010202

La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de protection des occupants d'un véhicule automobile. Plus précisément l'invention concerne un générateur pyrotechnique de gaz destiné à gonfler un coussin de protection pour les dit occupants, ce générateur comportant une double sécurité d'ouverture pour éviter les risques liés à une surpression interne en cours de fonctionnement ou ceux liés à un échauffement excessif du milieu entourant le générateur. Les dispositif de protection des occupants d'un véhicule automobile font largement appel aux générateurs pyrotechniques de gaz associés à un coussin gonflable fixé au générateur. Cette technologie présente deux types d'inconvénients. D'une part, en cours de fonctionnement, en cas de surpression accidentelle, suite par exemple à une obturation des orifices de gonflage, la vitesse de combustion du chargement pyrotechnique s'accélère et la pression interne du générateur peut rapidement dépasser les limites de résistance mécanique de ce dernier, entraînant des risques d'explosion et de projection d'éclats dangereux. D'autre part en cas d'élévation importante de la température extérieure au générateur, suite par exemple à un incendie du véhicule ou de l'entrepôt de stockage, l'auto-inflammation du chargement pyrotechnique provoque le gonflement du coussin de protection, ce qui n'est pas souhaité. Vis à vis du premier type d'inconvénients, ont été proposés des générateurs fermés par une bague sertie qui, en cas de surpression accidentelle, peut être éjectée dans une direction non dangereuse pour les occupants du véhicule. De tels générateurs sont par exemple décrits dans le brevet FR 2 691 706 ou dans le brevet US 5 738 374. Néanmoins de tels générateurs ne permettent pas d'éviter le deuxième type d'inconvénients. Vis à vis des risques liés à un échauffement excessif du milieu entourant le générateur, il a été proposé des solutions permettant d'ouvrir le générateur avant la mise en fonctionnement du dispositif de protection lui-même. Néanmoins les solutions proposées ne donnent pas entièrement satisfaction. C'est ainsi qu'il a été proposé, par exemple par les brevets EP 0 360 902 ou EP 0 783 997, d'équiper les générateurs de bouchons ou d'opercules métalliques fusibles. Les temps nécessaires à la fusion de composants métalliques, même réalisés avec des alliages particuliers, sont souvent trop longs. On a alors cherché à utiliser des composants fusibles en matière plastique. Mais la difficulté de fixer de manière fiable un composant en matière plastique sur une structure métallique oblige l'homme de métier à utiliser ces composants au niveau de la jonction générateur-coussin gonflable comme décrit par exemple dans les brevets US 5 328 203 ou US 5 358 272. Ces solutions sont complexes à réaliser et n'empêchent pas systématiquement le gonflement intempestif du coussin. On a enfin proposé des générateurs partiellement ou totalement construits en matière plastique fusible, comme cela est, par exemple, décrit dans la demande PCT WO 98/19895. Mais cette solution qui conduit à une fusion au moins partielle du corps du générateur pyrotechnique n'est pas toujours souhaitée par les constructeurs automobiles L'homme de métier ne dispose donc pas, à l'heure actuelle, de générateurs pyrotechniques équipés d'une protection simple et fiable Contre les risques liés aux surpressions en cours de fonctionnement et contre ceux liés à un échauffement excessif du milieu entourant le générateur. L'objet de la présente invention est précisément de proposer un tel générateur. L'invention concerne donc un générateur pyrotechnique de gaz présentant une pression nominale de fonctionnement entre -35 C et + 85 C et comprenant i) un corps creux de révolution constitué par un couvercle fixé à une paroi latérale présentant, à son extrémité libre qui est opposée au dit couvercle, une ouverture, le dit corps creux étant pourvu d'orifices de gonflage mettant en communication l'intérieur du générateur avec l'extérieur du dit générateur, ii) un chargement pyrotechnique solide générateur de gaz et un dispositif d'allumage qui sont disposés à l'intérieur du dit corps creux, iii) une bague de fermeture qui supporte le dit dispositif d'allumage et qui est introduite dans l'ouverture présentée par la paroi latérale, la dite bague présentant un rebord effilé et arrondi sur lequel est rabattue l'extrémité libre de la dite paroi latérale de manière à pouvoir s'ouvrir à partir d'une pression limite prédéterminée supérieure à la valeur de la dite pression nominale à 85 C, le dit générateur étant caractérisé en ce que la dite bague de fermeture est traversée par au moins un orifice d'évacuation distinct des dits orifices de gonflage et qui met en communication l'intérieur et l'extérieur du générateur et qui est fermé par un élément d'obturation qui résiste, entre -35 C et + 85 C, à une pression critique comprise entre la dite pression nominale et la dite pression limite et qui est constitué par un matériau fusible à une température inférieure à la température d'auto-inflammation du chargement pyrotechnique et choisi dans le groupe constitué par les polyfluoroalkylènes dont la température de début de ramollissement est supérieure à 85 C, et avantageusement supérieure à 130 C. Préférentiellement, le dit matériau fusible est choisi dans le groupe constitué par les polydifluorovinylidènes. Selon une réalisation préférée de l'invention la dite bague de fermeture est une bague de révolution présentant une portée annulaire dans laquelle sont percés des orifices d'évacuation de forme cylindrique, la dite portée annulaire contenant par ailleurs un anneau en matériau fusible qui recouvre les dits orifices d'évacuation et qui constitue ainsi un élément d'obturation commun à ces orifices. Avantageusement, la bague de révolution présente une face supérieure plane orientée vers l'intérieur du générateur et une face inférieure plane orientée vers l'extérieur du générateur. La dite face supérieure de la bague présente une portée annulaire qui est un lamage à fond plan dans lequel sont percés les orifices d'évacuation qui débouchent sur la dite face inférieure et le dit anneau est sous forme d'une rondelle plane. Dans ce cas la bague de fermeture comporte avantageusement un orifice central prolongé, du côté de la face supérieure, par un col en forme de virole creuse dans lequel est fixé le dispositif d'allumage. La bague de fermeture fait, dans ce cas, également fonction de porte-allumeur. L'invention concerne également des éléments d'obturation pour les générateurs de gaz selon l'invention. Ces éléments sont caractérisés par le fait qu'ils sont constitués par un matériau fusible choisi dans le groupe constitué par les polyfluoroalkylènes dont la température de début de ramollissement est supérieure à 85 C et avantageusement supérieure à 130 C. Préférentiellement le matériau fusible est choisi dans le groupe constitué par les polydifluorovinylidènes. Préférentiellement encore les dits éléments ont la forme d'un anneau. Ainsi si la température extérieure au générateur devient anormalement élevée et en tout cas supérieure à la température limite de stockage qui est de 85 C, les éléments d'obturation se mettront à fondre et le générateur sera ouvert sur l'extérieur avant l'auto- inflammation du chargement pyrotechnique. A ce sujet il peut être observé que les orifices d'évacuation sont distincts des orifices de gonflage qui sont en général fermés par un opercule métallique et que, ainsi, en cas d'initiation non désirée du chargement pyrotechnique, les gaz de combustion seront évacués vers l'extérieur du dispositif de protection sans pénétrer dans le coussin gonflable. En fonctionnement normal, les gaz de combustion du chargement pyrotechnique seront évacués par les orifices de gonflage et serviront à gonfler le coussin de protection qui est fixé sur ces orifices. Si, en cours de fonctionnement, la pression interne au générateur dépasse la pression critique, le non-explosion du corps du générateur sera assurée par la rupture mécanique des éléments d'obturation et éventuellement par le dessertissage de la bague de fermeture qui sera expulsée dans une direction non dangereuse, opposée au coussin de protection qui est fixé sur les orifices de gonflage. on donne ci-après une description détaillée d'une réalisation préférée de l'invention en faisant référence aux figures 1 à 4. La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un générateur selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe selon lII-III de la bague de fermeture utilisée dans le générateur représenté à la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus de cette bague de fermeture. La figure 4 est une vue en perspective de l'élément d'obturation utilisé dans ce générateur. Un générateur pyrotechnique de gaz 1 selon l'invention comprend notamment un corps creux de révolution constitué par un couvercle 2 et par une paroi latérale 3 présentant à son extrémité opposée au couvercle 2 une ouverture circulaire 4. Selon la réalisation préférée représentée à la figure 1 le dit corps creux est un corps monobloc et la paroi latérale 3 est cylindrique. Préférentiellement la dite paroi 3 comporte un épaulement 5 séparant une partie basse 6 de plus grand diamètre à l'extrémité de laquelle se trouve l'ouverture 4, d'une partie haute 7 de plus petit diamètre et terminée par le couvercle 2 et par une lèvre circulaire 8 de sertissage. Le corps du générateur doit résister à des pressions au moins égales à 100 Mpa soit 1000 bars. Par ailleurs les extrémités de la paroi latérale 3 doivent pouvoir être travaillées mécaniquement. Pour ces raisons le corps du générateur sera en général en métal et préférentiellement en acier. Le dit corps du générateur 1 est pourvu d'orifices de gonflage 9 mettant en communication l'intérieur et l'extérieur du corps creux du générateur 1. Préférentiellement ces orifices sont circulaires et sont situés sur la partie haute 7 de la paroi latérale 3. Le dit épaulement 5 supporte une bague extérieure 10. Cette bague extérieure 10 a une forme de cuvette présentant un orifice central 11 dont le diamètre est au moins égal au diamètre extérieur de la partie haute 7 du générateur 1 et dont le diamètre intérieur de la partie verticale 12 est égal au diamètre extérieur de la partie basse 6 du générateur 1 de manière à pouvoir s'emboîter parfaitement sur cette dernière en prenant appui sur l'épaulement 5. La bague 10 se termine extérieurement par une partie plane 13 portant des orifices périphériques 14 permettant de la fixer au bâti du véhicule automobile et d'y fixer également le coussin gonflable non représenté sur la figure 1. Cette bague est constituée en acier. Sur cette bague 10 est placé, en regard des orifices de gonflage 9, un déflecteur 15. Ce déflecteur, est un corps cylindrique dont le diamètre intérieur est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la partie haute 7 du générateur 1. Le déflecteur 15 comporte sur sa partie supérieure des parties pleines 17 régulièrement espacées par des ouvertures rectangulaires 16. Le déflecteur est disposé de manière à ce que les parties pleines 17 soient situées en face des orifices de gonflage 9 de manière à briser les jets de gaz chauds provenant du générateur. Ce déflecteur 15 est maintenu en place par un diffuseur 18 en forme de coupelle présentant un orifice central circulaire dont le bord 19 est serti dans la lèvre circulaire 8 du générateur 1. Le rebord périphérique 20 du diffuseur 18 qui repose sur le déflecteur 15, est orienté vers la bague 10 de manière à assurer une diffusion des gaz provenant du générateur sur toute sa périphérie. Les gaz venant du diffuseur 18 vont alors remplir le coussin gonflable. Ils traversent au préalable une cartouche 21 annulaire destinée à assurer une filtration ou une purification chimique des gaz. Cette cartouche est constituée par une toile métallique 22 maintenue par une bague 23 fixée sur la partie plane 13 de la bague extérieure 10. La cartouche 21 contient avantageusement des produits 24 capables d'absorber ou de dissocier le monoxyde ce carbone ou encore de provoquer son oxydation en dioxyde de carbone. De tels produits sont notamment constitués par du charbon actif ou par les mélanges d'oxydes de manganèse, de cuivre, de cobalt et d'argent comme par exemple le mélange commercialisé sous la marque HOPCALITE . Le générateur 1 comprend au moins un chargement pyrotechnique 25 et un dispositif d'allumage 26 qui est supporté par une bague de fermeture 27 introduite dans l'ouverture 4 présentée par la paroi latérale 3. Le chargement pyrotechnique peut, dans le cadre de la présente invention, être constitué par les différentes compositions pyrotechniques génératrices de gaz connues de l'homme de métier et notamment par des poudres propulsives à base de nitrocellulose ou par des poudres composites constituées par un liant et par une charge oxydante. Le chargement peut se présenter sous forme de pastilles, de blocs, de grains ou de brins allongés. Dans le cadre du générateur représenté à la figure 1 le chargement pyrotechnique 25 a la forme d'une couronne cylindrique creuse. Le chargement 25 repose sur la bague de fermeture 27 et est calé contre la surface intérieure de l'épaulement 5 par l'intermédiaire d'une grille incurvée 28 maintenue par un ressort 29. Le générateur de gaz 1 est obturé par une bague de fermeture 27 introduite dans l'ouverture 4 présentée par la paroi latérale 3 du corps du générateur. Cette bague de fermeture 27 supporte au moins le dispositif d'allumage 26 du générateur. Cette bague 27 comporte un orifice central 30 dans lequel est inséré le dispositif d'allumage 26. Cet orifice central 30 comporte un col 31 en forme de virole présentant une collerette interne 40. Dans ce col 31 est introduit et serti un inflammateur électrique 32 recouvert d'une coiffe isolante 33 par exemple en aluminium d'épaisseur O,imm. Cette coiffe 33 doit pouvoir se fragmenter aisément en cas de montée en pression. Entre la coiffe 33 et l'inflammateur 32 est disposée une poudre d'allumage 34, par exemple une poudre à base de bore et de nitrate de potassium. Un shunt isolant 35 isole le dispositif d'allumage de la bague de fermeture 27. La bague de fermeture 27 présente un rebord effilé 36. La surface inférieure 37 de ce rebord qui est la surface extérieure orientée vers l'ouverture 4, est oblique par rapport à la surface intérieure de la paroi 3 et est préférentiellement arrondie comme représenté à la figure 1. La face supérieure 38 de la bague 27 qui est la face intérieure orientée vers le couvercle 2, est plane, comme est plane la face inférieure 41 de la bague 27. L'extrémité 39 de la paroi latérale 3 qui entoure l'ouverture 4 est rabattue sur la dite surface extérieures 37 du rebord effilé 36 de la bague de fermeture de manière à pouvoir s'ouvrir à partir d'une pression limite prédéterminée. Cette pression limite doit être supérieure à la pression nominale du générateur qui est en général inférieure à 300 bars soit 30 MPa mais elle doit d'autre part être inférieure à la pression de rupture du générateur qui se situe elle, en général, au dessus de 1000 bars soit 100 MPa. Pour la plupart des générateurs existants cette pression limite sera prédéterminée à une valeur comprise entre 500 et 950 bars soit 50 et 95 MPa. Afin d'assurer une sécurité optimale de fonctionnement d'un générateur selon l'invention il est recommandé que la bague de fermeture 27 soit constituée par un métal dont la dureté est supérieure à celle du métal constituant la paroi, latérale. Par exemple pour un générateur analogue à celui représenté à la figure 1 pour lequel la paroi latérale 3 est constituée par un acier dont la résistance à la rupture se situe entre 500 MPa et 600 MPa et dont la limite élastique à 0,2% se situe entre 185 et 220 MPa, on utilisera pour la bague de fermeture un acier dont la résistance à la rupture se situe entre 1000 et 1200 MPa et dont la limite élastique à 0,2% se situe entre 750 et 950 MPa. Par ailleurs, selon une réalisation préférée de l'invention il est également recommandé que l'épaisseur moyenne du rebord effilé 36 de la bague de fermeture 27 dont la face inférieure 37 est arrondie, soit au moins égale à l'épaisseur de l'extrémité rabattue 39 de la paroi latérale 3. On entend par épaisseur moyenne du rebord effilé 36 l'épaisseur moyenne mesurée le long des rayons de la surface arrondie 37 du dit rebord. Sur la face supérieure 38 de la bague 27, autour du col 31, est creusé un lamage annulaire 44 à fond plan dans lequel sont percés des orifices cylindriques 42 d'évacuation des gaz. Ces orifices 42 traversent la bague 27 et débouchent sur la face inférieure 41 et sur la surface 37 du rebord 36. Dans le lamage 44 est disposé un anneau fusible 43 qui obture la totalité des orifices d'évacuation 42. Cet anneau fusible 43 est réalisé en polydifulorovinyldène (PVDF) et est calé par le chargement pyrotechnique 25 de sorte qu'aucun moyen de collage de cet anneau 43 sur la bague métallique 27 n'est nécessaire. Cet anneau 43 doit avoir une épaisseur suffisante pour résister sans se rompre à la valeur maximale de la pression nominale de fonctionnement mais calculée pour que l'anneau 43 puisse se rompre sous une pression critique Pc comprise entre cette pression nominale et la pression limite susmentionnée. Dans cette réalisation il est important que le matériau constitutif de l'anneau fusible soit compatible au niveau de ses propriétés physico-chimiques avec le chargement pyrotechnique. Exemple : on a confectionné un générateur identique à celui qui vient d'être décrit et représenté aux figures 1 à 3. La bague de fermeture 27 était en acier et présentait les caractéristiques suivantes # lamage annulaire 44 - diamètre extérieur : 26,7mm - diamètre intérieur : 13,lmm - profondeur : 0,5mm # orifices d'évacuation 42 - nombre : 8 - diamètre : 3mm L'élément d'obturation 43 était constitué par un anneau de PVDF tel que représenté à la figure 4 et présentant les dimensions suivantes diamètre extérieur : 26,7mm diamètre intérieur : 13,2mm épaisseur : 0,9mm Cet anneau présentait ainsi une épaisseur supérieure à la profondeur du lamage annulaire 44 et servait de support au chargement pyrotechnique 25 qui le maintenait en place. Le chargement pyrotechnique 25 était constitué par un bloc en forme de couronne cylindrique creuse en poudre à double base à la nitrocellulose et à la nitroglycérine Dans ces conditions les caractéristiques de fonctionnement du générateur étaient les suivantes .Pression nominale de fonctionnement à 85 C 27 MPa. -Pression critique (rupture mécanique de l'anneau d'obturation 43) : 60 MPa à 85 C. ,Température de fusion de l'anneau d'obturation 43 : 160 C. Revendications 1. Générateur pyrotechnique de gaz (1) présentant une pression nominale de fonctionnement entre -35 C et + 85 C et comprenant i) un corps creux de révolution, présentant une ouverture (4) et étant pourvu d'orifices de gonflage (9) mettant en communication l'intérieur du générateur (1) avec l'extérieur du dit générateur, ii) un chargement pyrotechnique (25) solide générateur de gaz et un dispositif d'allumage (26) qui sont disposés à l'intérieur du dit corps creux, iii) une bague de fermeture (27) qui supporte le dit dispositif d'allumage et qui est introduite dans l'ouverture (4) présentée par la paroi latérale (3), la dite bague présentant un rebord (36) effilé et arrondi sur lequel est rabattue l'extrémité libre (39) de la dite paroi latérale (3) de manière à pouvoir s'ouvrir à partir d'une pression limite prédéterminée supérieure à la valeur de la dite pression nôminale à 85 C, caractérisé en ce que la dite bague de fermeture (27) est traversée par au moins un orifice d'évacuation (42) qui met en communication l'intérieur et l'extérieur du générateur (1) et qui est fermé par un élément d'obturation (43) qui résiste, entre -35 C et +85 C, à une pression critique comprise entre la dite pression nominale et la dite pression limite et qui est constitué par un matériau fusible à une température inférieure à la température d'auto-inflammation du chargement pyrotechnique (25) et choisi dans le groupe constitué par les polyfluoroalkylènes dont la température de début de ramollissement est supérieure à 85 C. . 2. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit matériau est choisi dans le groupe constitué par les polydifluorovinylidènes. 3. Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite bague de fermeture (27) est une bague de révolution présentant une portée annulaire (44) dans laquelle sont percés des orifices d'évacuation cylindriques (42), la dite portée annulaire (44) contenant par ailleurs un anneau (43) en matériau fusible qui recouvre les dits orifices d'évacuation. 4. Générateur selon la revendication 3 caractérisé en ce que la portée annulaire (44) est un lamage à fond plan et en ce que l'anneau (43) est une rondelle plane. 5. Générateur selon la revendication 4 caractérisé en ce que la dite bague de fermeture (27) comporte un orifice central (30) prolongé par un col (31) en forme de virole creuse dans lequel est fixé le dispositif d'allumage (26). . 6 Elément d'obturation (43) pour générateur pyrotechnique de gaz (1) caractérisé en ce qu'il est constitué par un matériau fusible choisi dans le groupe constitué par les polyfluoroalkylènes dont la température de début de ramollissement est supérieure à 85 C. 7. Elément selon la revendication 6 caractérisé en ce que le dit matériau est choisi dans le groupe constitué par les polydifluorovinylidènes. 8. Elément selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il a la forme d'un anneau.