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Die Erfindung betrifft einen Hybridgasgenerator, umfassend eine Druckgaskammer und eine Anzünderkammer, wobei die Anzünderkammer mit einem ersten Berstelement und die Druckgaskammer an einem diffusorseitigen Endabschnitt mit einem zweiten Berstelement verschlossen ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridgasgenerators. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Gassackmodul mit einem erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator und ein Fahrzeugsicherheitssystem mit einem erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator oder einem erfindungsgemäßen Gassackmodul.
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Aus
DE 203 19 564 U1 ist beispielsweise ein Gasgenerator mit einer Druckkammer bekannt. Die Druckkammer kann mit einem Druckgas aus Helium, einem Helium/Argon-Gemisch oder einem Helium/Argon/Sauerstoff-Gemisch bei einem Druck zwischen 240 bis 1.500 bar gefüllt sein. Auf die Druckgaskammerwand wirken somit hohe Kräfte, so dass die Druckgaskammerwand entsprechend stabil ist bzw. mit einer großen Materialdicke ausgebildet sein muss.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen weiterentwickelten Hybridgasgenerator anzugeben, wobei die Druckgaskammer dünnwandiger ausgelegt werden soll. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein weiterentwickeltes Verfahren zum Betreiben eines Hybridgasgenerators anzugeben. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung ein Gassackmodul sowie ein Fahrzeugsicherheitssystem mit einem weiterentwickelten Hybridgasgenerator anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf einen Hybridgasgenerator durch den Gegenstand des Patentanspruches 1, im Hinblick auf eine Verfahren zu Betreiben eines Hybridgasgenerators durch den Gegenstand des Patentanspruches 8, im Hinblick auf ein Gassackmodul durch den Gegenstand des Patentanspruches 10 und im Hinblick auf ein Fahrzeugsicherheitssystems durch den Patentanspruch 11 gelöst.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe sieht die Erfindung einen Hybridgasgenerator, umfassend eine Druckgaskammer und eine Anzünderkammer vor, wobei die Anzünderkammer mit einem ersten Berstelement und die Druckgaskammer an einem diffusorseitigen Endabschnitt mit einem zweiten Berstelement verschlossen ist.
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Erfindungsgemäß ist in der Druckgaskammer ein Leitrohr zum Führen der Schockwelle ausgebildet, wobei das Leitrohr sich mindestens von einer Entstehungsebene der Schockwelle bis zu dem diffusorseitigem Endabschnitt der Druckgaskammer, insbesondere im Wesentlichen bis zum zweiten Berstelement, erstreckt.
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Das zweite Berstelement wird mit Hilfe der erzeugten Schockwelle geöffnet.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, dass die Schockwelle durch das Bersten des ersten Berstelements erzeugbar ist.
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Die Wandung der Druckgaskammer ist ein Teil des Außengehäuses des Gasgenerators. Das Leitrohr zum Führen der Schockwelle ist somit innerhalb eines durch das Außengehäuse des Hybridgasgenerators gebildeten Volumens ausgebildet.
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Aufgrund des erfindungsgemäß ausgebildeten Leitrohres wirkt der durch die Schockwelle entstehende hohe Druck lediglich auf das Leitrohr. Mit anderen Worten wird im erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator nur das Leitrohr bzw. nur die Leitrohrwandung durch einen hohen Druck der Schockwelle belastet. Die Druckgaskammer bzw. die Druckgaskammerwandung kann aus diesem Grund dünnwandiger ausgelegt werden.
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Der diffusorseitige Endabschnitt der Druckgaskammer ist dem Diffusor des Hybridgasgenerators zugeordnet. Dieser Abschnitt der Druckgaskammer liegt dem Diffusor am nächsten.
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Bei dem weiteren Endabschnitt der Druckgaskammer handelt es sich um den anzünderseitigen Endabschnitt. Der anzünderseitige Endabschnitt ist der Anzündereinheit zugeordnet. Der anzünderseitige Endabschnitt der Druckgaskammer liegt der Anzündereinheit am nächsten.
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Das Leitrohr erstreckt sich mindestens ausgehend von der Entstehungsebene der Schockwelle bis zu dem diffusorseitigem Endabschnitt der Druckgaskammer. Als Entstehungsebene einer Schockwelle kann die Berstebene des ersten Berstelements angesehen werden. Mit anderen Worten kann die Entstehungsebene der Schockwelle im Wesentlichen der Berstebene des ersten Berstelements entsprechen, da durch ein Bersten des ersten Berstelements die Schockwelle ausgelöst bzw. initiiert wird.
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Als Endabschnitt der Druckgaskammer kann mindestens das von der Anzünderkammer weg gerichtete bzw. das beabstandete hintere Drittel der Druckgaskammer bezeichnet werden. Am Ende der Druckgaskammer, gegenüberliegend der Anzünderkammer, kann direkt anschließend ein Diffusor eines Gasgenerators ausgebildet sein. Der Diffusor kann den Endabschnitt der Druckgaskammer zumindest abschnittsweise umgreifen bzw. umschließen. Im Endabschnitt der Druckgaskammer kann außerdem ein insbesondere kappenartig oder hülsenartig ausgebildetes Sieb ausgebildet sein. Das Leitrohr kann sich mindestens von der Entstehungsebene der Schockwelle bis zu dem Sieb erstrecken.
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Besonders bevorzugt erstreckt sich das Leitrohr mindestens von der Entstehungsebene der Schockwelle bis zum zweiten Berstelement bzw. im Wesentlichen bis an die nächstliegende Umgebung des zweiten Berstelements heran. Mit anderen Worten erstreckt sich das Leitrohr mindestens von der Entstehungsebene der Schockwelle bis unmittelbar vor das zweite Berstelement. Aufgrund der Führung der Schockwelle mit Hilfe des erfindungsgemäß ausgebildeten Leitrohrs ist eine möglichst verlustfreie Übertragung der Schockwelle möglich. Die Schockwelle wird möglichst verlustfrei geführt. Die Schockwelle nimmt ausgehend von dem ersten Berstelement bis zum zweiten Berstelement hinsichtlich ihrer Stärke nur geringfügig ab. Die Wirksamkeit der Schockwelle wird mit anderen Worten ausgehend vom ersten Berstelement zum zweiten Berstelement äußerst verlustfrei übertragen.
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Da sich das Leitrohr mindestens von der Entstehungsebene der Schockwelle bis zu einem Endabschnitt der Druckgaskammer, insbesondere bis zum zweiten Berstelement, erstreckt, wird die Schockwelle in einer von der Druckgaskammer unabhängigen Kammer, in Bezug auf die Schockwelle, nämlich in den vom Leitrohr begrenzten Volumen erzeugt. Das Leitrohr bzw. die in Bezug auf eine Ausbreitung der Schockwelle von der Druckgaskammer unabhängige Kammer kann speziell für eine starke und robuste Schockwelle ausgelegt werden. Das Leitrohr kann eine entsprechende Materialdicke aufweisen.
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Das Leitrohr weist vorzugsweise ein längliches zylindrisches Gehäuse auf. Die Länge des Leitrohrs kann mindestens der Hälfte der Gesamtlänge des Hybridgasgenerators, insbesondere mindestens 60 % der Gesamtlänge des Hybridgasgenerators, entsprechen.
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Das erste Berstelement kann auch als ein im Aktivierungsfall des Hybridgasgenerators die Schockwelle auslösendes Berstelement bezeichnet werden.
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Das erste Berstelement kann
- - als eine Berstscheibe oder Berstmembran ausgebildet sein, wobei die Berstscheibe oder die Berstmembran vorzugsweise mittels eines Berstelementhalters mit einem Gehäuse der Anzünderkammer verbunden sein kann,
oder
- - als eine kappenartig oder hülsenartig geformte Berstmembran ausgebildet sein.
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Die Berstmembran kann auch ohne Hilfe eines Berstmembranhalters direkt mit bzw. an dem Gehäuse der Anzünderkammer befestigt, insbesondere angeschweißt, sein.
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Sofern das erste Berstelement als Berstscheibe oder eine Berstmembran ausgebildet ist, die/das mittels eines Berstelementhalters mit dem Gehäuse der Anzünderkammer verbunden ist, wird diese Baugruppe als Verschluss einer Anzünderkammer bezeichnet. Es ist möglich, dass der Berstelementhalter mit dem Gehäuse der Anzünderkammer verschweißt und/oder verklebt und/oder verrastet und/oder verklemmt ist.
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Bei der Ausbildung des ersten Berstelements als flache Berstscheibe oder als flache Berstmembran erstreckt sich das Leitrohr vorzugsweise von der Entstehungsebene der Schockwelle bis zu dem Endabschnitt der Druckgaskammer. Das Leitrohr ist demzufolge in axialer Verlängerung zur Anzünderkammer ausgebildet.
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Das Leitrohr ist vorzugsweise in axialer Verlängerung zur Anzünderkammer, insbesondere zum Gehäuse der Anzünderkammer, ausgebildet.
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Das Berstelement kann auch als eine kappenartig oder hülsenartig geformte Berstmembran ausgebildet sein. Der Hülsenboden oder die Kappenspitze ist dabei von der Anzünderkammer weg gerichtet ausgebildet. Die kappenartig oder hülsenartig geformte Berstmembran kann mindestens eine Sollbruchstelle aufweisen. Vorzugsweise ist in einem Hülsenboden der kappenartig oder hülsenartig geformten Berstmembran mindestens eine Sollbruchstelle ausgebildet. Eine derartige Sollbruchstelle ist durch den Druck in einer Anzünderkammer zu öffnen.
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Bei der Ausbildung des ersten Berstelements als eine kappenartig oder hülsenartig geformte Berstmembran kann das Leitrohr örtlich vor der Entstehungsebene der Schockwelle, also in Richtung Anzünderkammer, positioniert bzw. ausgebildet sein. In einem derartigen Fall erstreckt sich das Leitrohr zum Führen der Schockwelle örtlich vor der Entstehungsebene einer Schockwelle bis zu einem Endabschnitt der Druckgaskammer. Die kappenartig oder hülsenartig geformte Berstmembran kann in diesem Fall in das Leitrohr hinein ragen. Bei einer hülsenartig geformten Berstmembran kann der Hülsenboden als Berstebene des ersten Berstelements bezeichnet werden. Bei der Ausbildung des ersten Berstelements als Berstscheibe oder Berstmembran ist die Berstebene die Ebene, in die sich die Berstscheibe oder die Berstmembran maximal bis zum Bersten erstreckt.
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Das Leitrohr ist vorzugsweise frei von Treibstoff. Im Leitrohr kann allerdings eine geringfügige Menge eines Anzündmittels befindlich sein. Die Druckgaskammer kann mit einem Druckgas aus Helium, einem Helium/Argon-Gemisch oder einem Helium/Argon/Sauerstoff-Gemisch bei einem Druck zwischen 250 bis 1500 bar gefüllt sein.
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Das Gehäuse der Anzünderkammer kann auch als Anzünderträger für einen vorgefertigten Anzünder wirken. In der Anzünderkammer ist ein Anzündmittel, nämlich vorzugsweise eine sogenannte Boosterladung bzw. pyrotechnische Verstärkerladung, befindlich. Mit anderen Worten ist die Anzünderkammer zumindest teilweise mit einem Anzündmittel befüllt. Das Anzündmittel kann Granulat und/oder gepresste Tabletten und/oder Extrudatkörper mit axialen Durchgangskanälen und/oder Extrudatköper ohne axiale Durchgangskanäle aufweisen.
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Zwischen der Außenseite des Leitrohrs und der Innenwandung der Druckgaskammer ist zumindest bereichsweise eine Brennkammer ausgebildet, in der Treibstoff befindlich ist. Bei der Innenwandung der Druckgaskammer handelt es sich zumindest abschnittsweise um die Innenwandung des Gasgeneratorgehäuses. Demnach kann zwischen der Innenwandung des Gasgeneratorgehäuses und dem Leitrohr eine Brennkammer ausgebildet sein, in der Treibstoff befindlich ist. Der Treibstoff kann in Tablettenform ausgebildet sein. Es ist außerdem möglich, dass der Treibstoff als Stapel von ringförmigen Formkörpern bzw. Segmenten von Ringen ausgebildet ist. Der Treibstoff ist von Druckgas umgeben. Die Brennkammer ist räumlich von dem Raum, in dem die Schockwelle erzeugt und weitergeleitet wird, getrennt, jedoch nicht notwendigerweise fluiddicht davon abgetrennt.
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Das Treibstoffgas, das auch als Treibstoffabbrandgas bezeichnet werden kann, dient beispielsweise zur Füllung eines Luftsacks, insbesondere eines Airbags. Insgesamt muss die Außenwandung bzw. das Außengehäuse des Hybridgasgenerators nicht für die Erzeugung der Schockwelle dimensioniert werden. Es sind keine Aufdickungen oder Durchmesserreduzierungen oder Rollierungen notwendig.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Hybridgasgenerators ist des Weiteren kein hoch aufgeladener Anzünder als vorgefertigtes Bauteil notwendig. Vielmehr lässt sich ein günstiger Standardanzünder verwenden, welcher ihm nachgelagerte Anzündmittel entzünden kann.
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Die Brennkammer weist im Querschnitt vorzugsweise eine Ringform auf. Die Ringform wird aufgrund der Positionierung eines zylindrischen Leitrohrs in einer zylindrischen Druckgaskammer gebildet. Die Brennkammer kann in Längserstreckung bzw. entlang der Längsachse des Hybridgasgenerators mittels eines Brennkammersiebs und/oder einer Begrenzungsscheibe, insbesondere einer Streckmetallscheibe, begrenzt sein. Das Brennkammersieb weist vorzugsweise eine Ringform auf und ist über das Leitrohr gestülpt. Das Brennkammersieb verhindert, dass Treibstoff aus der Brennkammer in den Endabschnitt der Druckgaskammer gelangt. Das Brennkammersieb begrenzt die Brennkammer auf der zu dem Endabschnitt der Druckgaskammer weisenden Seite. Eine Begrenzungsscheibe, insbesondere ein Streckmetallscheibe, kann die Brennkammer in Richtung der Anzünderkammer begrenzen. Es ist möglich, dass lediglich ein Brennkammersieb ausgebildet ist.
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Die Begrenzungsscheibe, insbesondere die Streckmetallscheibe, kann auch entfallen. In diesem Fall kann der Treibstoff der Brennkammer auch radial außerhalb der Anzünderkammer ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann die Brennkammer zumindest abschnittsweise die Anzünderkammer radial umgeben. Vorzugsweise weist der Hybridgasgenerator dann einen Füllkörper auf. Der Füllkörper ist vorzugsweise über die Anzünderkammer gestülpt. Der Füllkörper kann auf einem Sockel der Anzündereinheit bzw. Anzünderkammergehäuses aufliegen. Der Treibstoff der Brennkammer kann sich somit bis hin zu dem Füllkörper erstrecken. Der erfindungsgemäße Hybridgasgenerator kann in diesem Fall mit Zuhilfenahme eines Treibstoffbefülltrichters hergestellt werden. Wenn hierbei der Treibstoff in Form von Treibstoffringen vorliegt, kann auch auf einen Treibstoffbefülltrichter verzichtet werden.
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Das Leitrohr des erfindungsgemäßen Hybridgasgenerators kann mindestens eine Austrittsöffnung zur fluiden Verbindung des Innenbereichs des Leitrohrs mit der Brennkammer aufweisen. Die mindestens eine Austrittsöffnung befindet sich vorzugsweise im vorderen Viertel, insbesondere im vorderen Fünftel, des Leitrohrs. Mit anderen Worten ist die mindestens eine Austrittsöffnung im Anfangsabschnitt des Leitrohrs, das entgegengesetzt zum Endabschnitt der Druckgaskammer ausgebildet ist, ausgebildet. Vorzugsweise weist das Leitrohr mehrere Austrittsöffnungen auf, die vorzugsweise gleichmäßig in einer Ebene, insbesondere auf einer Kreislinie, im Leitrohrgehäuse verteilt ausgebildet sind.
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Vorzugsweise ist die mindestens eine Austrittsöffnung im Ruhezustand des Hybridgasgenerators verschlossen, insbesondere durch eine Verdämmung. Die fluide Verbindung zwischen dem Innenbereich des Leitrohrs und der Brennkammer ist zum Anzünden des in der Brennkammer befindlichen Treibstoffes notwendig. Die Verdämmung der mindestens einen Öffnung kann zur Verzögerung der Anzündung des Treibstoffes dienen. Außerdem kann die Verdämmung dem Schutz des Treibstoffes vor Schweißspritzern bei einem Befüllschweißen bei der Herstellung des Hybridgasgenerators dienen.
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Nach erfolgter Aktivierung des Hybridgasgenerators kann die Schockwelle zunächst vom ersten geborstenen Berstelement in Richtung des zweiten Berstelements geleitet werden, so dass dieses schnell birst. Anschließend oder gleichzeitig oder geringfügig vor dem Bersten der zweiten Berstmembran kann die Verdämmung der mindestens einen Austrittsöffnung geöffnet werden. Durch diese mindestens eine Austrittsöffnung kann dann heißes Anzündgas und/oder heiße Anzündpartikel von der Anzünderkammer, in die Brennkammer gelangen, um den dort gelagerten Treibstoff anzuzünden. Das Anzünden des Treibstoffes kann somit zeitlich verzögert zur Ausbreitung der Schockwelle erfolgen. Der Treibstoff brennt erfindungsgemäß zeitlich und räumlich getrennt von der im Leitrohr weitergeleiteten Schockwelle ab.
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Das Leitrohr kann zudem mindestens eine weitere Öffnung, nämlich mindestens eine Eintrittsöffnung, insbesondere mehrere Eintrittsöffnungen, aufweisen. Diese mindestens eine Eintrittsöffnung dient zur fluiden Verbindung der Brennkammer mit dem Innenbereich des Leitrohrs derart, dass in der Brennkammer durch einen Abbrand des Treibstoffs erzeugtes Treibstoffgas und/oder zumindest eine Teilmenge des Druckgases, welches sich bereits im Ruhezustand des Hybridgasgenerators in der Brennkammer befindet, von der Brennkammer durch die mindestens eine Eintrittsöffnung in den Innenbereich des Leitrohrs strömen kann. Die mindestens eine Eintrittsöffnung befindet sich vorzugsweise im hinteren Viertel, insbesondere hinteren Fünftel, insbesondere im hinteren Sechstel, des Leitrohrs. Das hintere Ende des Leitrohrs befindet sich im Bereich des Endabschnitts der Druckgaskammer.
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Es ist möglich, dass das Leitrohr am diffusorseitigen Ende düsenartig geformt ist. Bei dem diffusorseitigen Ende handelt es sich um das Ende des Leitrohrs, das dem Diffusor des Hybridgasgenerators am nächsten liegt. Das diffusorseitige Ende ist das Ende, das vom Anzünder des Hybridgasgenerators beabstandet ausgebildet ist. Eine düsenartige Form kann beispielsweise durch eine Kegelstumpfform des Endes des Leitrohrs gebildet werden. Insgesamt ergibt sich eine Querschnittsreduzierung des Leitrohrs am diffusorseitigen Ende. Der Querschnitt des Leitrohrs nimmt am diffusorseitigen Ende entlang der Längsachse in Richtung des Diffusors ab.
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Vorzugsweise wird eine Querschnittsreduzierung von mindestens 50 %, insbesondere mindestens 60 %, insbesondere mindestens 70%, insbesondere mindestens 75 %, hervorgerufen.
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Eine düsenartige Formung des diffusorseitigen Endes bewirkt, dass die im Leitrohr geführte Schockwelle fokussiert auf das zweite Berstelement gerichtet wird. Die Schockwelle wird dadurch verstärkt. Mit anderen Worten ist das Öffnungs-System per Schockwelle robuster.
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Des Weiteren wirkt ein düsenartig geformtes diffusorseitiges Ende des Leitrohrs als Rückstau-Element für Anzündschwaden. Verbrennungsprodukte, d.h. Gase und/oder Partikel des Anzündmittels, können verbessert radial nach außen durch Austrittsöffnungen auf den in der Brennkammer anzuzündenden Treibstoff gelenkt werden.
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Aufgrund einer düsenförmigen Gestaltung des diffusorseitigen Endes des Leitrohrs steigt der Druck der Schockwellenfront an. Da durch die Reduzierung des Querschnitts des Leitrohrendes der Außenraum um das Leitrohr entsprechend vergrößert werden kann, können Verbrennungsgase, die aus der, das Leitrohr umgebenden Brennkammer, strömen durch den vergrößerten Querschnitt zwischen dem düsenartig geformten Ende und dem Außengehäuse des Hybridgasgenerators zum Auslass des Druckgasbehälters geleitet werden.
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Der hohe Druck, der durch eine Schockwelle verursacht wird, bleibt auf das Leitrohr begrenzt. Das Außengehäuse des Hybridgasgenerators wird dadurch entlastet. Aufgrund der Verstärkerfunktion der düsenartigen Formung des diffusorseitigen Endes des Leitrohrs ist ein geringerer Erzeugungsdruck der Schockwelle nötig. Die Anzünderkammer kann somit schwächer dimensioniert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Hybridgasgenerators. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:
- a) Aktivieren eines Anzünders des Hybridgasgenerators;
- b) Aufbauen eines Berstdrucks in einer Anzünderkammer;
- c) Öffnen eines ersten Berstelements und Erzeugen einer Schockwelle;
- d) Führen der Schockwelle innerhalb eines Leitrohrs, das in ein Außengehäuse des Hybridgasgenerator eingebracht ist, im Wesentlichen bis zu einem zweiten Berstelement;
- e) Ausströmen von Anzündgas und/oder Anzündpartikel aus einem Innenbereich des Leitrohrs durch mindestens eine Austrittsöffnung des Leitrohrs in eine, das Leitrohr umgebende Brennkammer;
- f) Öffnen des zweiten Berstelements;
- g) Erzeugen eines Treibstoffgases in der Brennkammer;
- h) Ausströmen des erzeugten Treibstoffgases durch das geöffnete zweite Berstelement.
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Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Die Schritte d), e) und g) können teilweise zeitgleich durchgeführt werden. Der Treibstoff kann örtlich getrennt und gegebenenfalls zeitversetzt von der sich ausbreitenden Schockwelle abbrennen. Zum Öffnen des zweiten Berstelements dient die Schockwelle. Das erzeugte Treibstoffgas und das in der Druckgaskammer gespeicherte Druckgas dienen zur Füllung eines Luftsacks, insbesondere eines Airbags.
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Nach dem Öffnen der ersten Berstmembran wird zum einen die Schockwelle initiiert. Zum anderen strömt Anzündgas und/oder Anzündpartikel, welches von dem Anzünder und/oder einem Abbrand von Anzündmittel innerhalb der Anzünderkammer stammt, aus dem Innenbereich des Leitrohrs durch die zumindest ein Austrittsöffnung des Leitrohrs in die das Leitrohr umgebende Brennkammer. Möglicherweise muss vor dem Schritt e) eine Verdämmung, welche die zumindest eine Austrittsöffnung im Ruhezustand des Hybridgasgenerators verschließt, geöffnet bzw. geborsten werden. In der Brennkammer wird der Treibstoff mit Hilfe von dem Anzündgas und/oder Anzündpartikel entzündet. Treibstoff(abbrand)gas strömt daraufhin entlang der Brennkammer und durch ein Brennkammersieb. Das Brennkammersieb dient zur Filterung des Treibstoffgases bzw. Treibstoffabbrandgases. Außerdem wird in diesem Zusammenhang mit dem Durchströmen eines Brennkammersiebes eine Kühlung des Treibstoffabbrandgases bzw. Treibstoffgases bewirkt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, dass in Strömungsrichtung nach dem Brennkammersieb eine Filterscheibe mit einer Öffnung ausgebildet ist.
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Das Treibstoff(abbrand)gas strömt nach dem Brennkammersieb durch die optionale Filterscheibe.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann einen Schritt i) umfassen. Im Schritt i) strömt das Treibstoffgas zeitlich vor dem Schritt h) durch mindestens eine Eintrittsöffnung des Leitrohrs von der Brennkammer in den Innenbereich des Leitrohrs. Das Treibstoff(abbrand)gas strömt also in den Innenbereich des Leitrohrs und strömt durch das geöffnete zweite Berstelement aus dem Gasgenerator. Sofern im Endabschnitt der Druckgaskammer ein Sieb ausgebildet ist, strömt das Treibstoff(abbrand)gas durch dieses Sieb in den Diffusor.
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Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Gassackmodul mit einem erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator. Es ergeben sich ähnliche Vorteile, wie diese bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator und/oder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Hybridgasgenerators angegeben sind.
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Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeugsicherheitssystem, insbesondere ein Airbagsystem, mit einem erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator oder mit einem erfindungsgemäßen Gassackmodul. Es ergeben sich ähnliche Vorteile, wie diese bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator und/oder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Hybridgasgenerators angegeben sind.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
- 1: einen erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2: einen erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
- 3: einen erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Im Folgenden werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
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Der in 1 dargestellte Hybridgasgenerator 10 umfasst ein langgestrecktes rohrförmiges Außengehäuse 11. Der Hybridgasgenerator 10 dient zum Aufblasen eines Gassacks, insbesondere eines Airbags. Der Hybridgasgenerator 10 umfasst eine zentrale, langgestreckte, zylindrische Druckgaskammer 20 sowie eine Anzündereinheit 30. Eine Anzünderkammer 36 der Anzündereinheit 30 ist mit einem ersten Berstelement 41 verschlossen. Die Druckgaskammer 20 ist mit einem zweiten Berstelement 42 verschlossen.
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Die Druckgaskammer 20 ist mit einem Druckgas aus Helium, einem Helium/Argon-Gemisch oder einem Helium/Argon/Sauerstoff-Gemisch bei einem Druck zwischen 240 bis 1.500 bar gefüllt. Die Anzündereinheit 30 umfasst ein Gehäuse 31. Im dargestellten Beispiel ist mit dem Gehäuse 31 einteilig ein Sockel 32 ausgebildet. Der Sockel 32 dient als Träger des Anzünders 33. Die Anzünderkammer 36 ist mit einem Anzündmittel 34 befüllt. Ebenfalls angedeutet ist ein Füllkörper 35. Dieser Füllkörper 35 dient als Schweißschutz bei der Herstellung der Anzündereinheit 30 und/oder als Volumenausgleich für einen Befüllstand des Anzündmittels 34. Der Anzünder 33 ragt in die Anzünderkammer 36. Mit Hilfe des Anzünders 33 kann das in der Anzünderkammer 36 befindliche Anzündmittel 34 entzündet werden. Das Gehäuse 31 der Anzündereinheit 30 ist mit dem Außengehäuse 11 des Hybridgasgenerators 10 verbunden, vorzugsweise verschweißt. Ein derartiges Verschweißen kann mit Hilfe eines Laserschweißens erfolgen.
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Das in der Anzünderkammer 36 befindliche Anzündmittel 34 kann auch als Boosterladung bzw. Verstärkerladung bezeichnet werden. Als Boosterladung kann jede bekannte Pyrotechnik, beispielsweise Granulat und/oder gepresste Tabletten und/oder Extrudatkörper mit axialem Durchgangskanal und/oder Extrudatkörper ohne axialem Durchgangskanal verwendet werden.
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Das erste Berstelement 41 ist als Berstmembran ausgebildet, wobei die Berstmembran mittels eines Berstelementhalters 43 mit der Anzündereinheit 30, insbesondere mit dem Gehäuse 31 der Anzündereinheit 30, verbunden ist. Sofern in der Anzünderkammer 36 mittels Aktivierung des Anzünders 33 ein Druck aufgebaut wird, wölbt sich das erste Berstelement 41 in Richtung des Diffusors 80, um schließlich geöffnet bzw. geborsten zu werden.
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Die Berstebene des ersten Berstelements 41 entspricht einer Entstehungsebene E einer Schockwelle S. In anderen Worten, indem das erste Berstelement 41 geöffnet bzw. geborsten wird, wird auch eine Schockwelle S ausgelöst. Hierbei liegt eine Entstehungsebene E der Schockwelle S in etwa an der in 1 durch eine entsprechende gestrichelte Linie angedeuteten Position, abhängig von der spezifischen Ausführung des Berstelements 41, wie z.B. Material bzw. Materialstärke, was die exakte Öffnungsposition des Berstelements beeinflussen kann.
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In der Druckgaskammer 20 ist ein Leitrohr 50 zum Führen der erzeugten Schockwelle S ausgebildet. Das Leitrohr 50 weist eine zylindrische Form auf. Das Leitrohr 50 weist eine derartige Länge auf, wobei als Länge des Leitrohrs 50 die Erstreckung in Richtung der Längsachse L des Hybridgasgenerators 10 zu verstehen ist, die in etwa 70 % der Gesamtlänge des Außengehäuses 11 des Hybridgasgenerators 10 entspricht. Das Leitrohr 50 erstreckt sich im Wesentlichen von der Entstehungsebene E einer Schockwelle S bis zu dem Endabschnitt 15 der Druckgaskammer 20.
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Als Endabschnitt 15 ist der Bereich der Druckgaskammer 20 zu verstehen, der in eine Verjüngung 22 übergeht und in dem sich ein kappenartiges Sieb 23 befindet. Im dargestellten Beispiel reicht das Leitrohr 50 nicht vollständig bis zum zweiten Berstelement 42 heran. Das Leitrohr 50 liegt auf einem Innenabschnitt 24 der Druckgaskammer 20, insbesondere auf einem Innenabschnitt 24 des Außengehäuses 11 auf. Vom diffusorseitigen Ende 51 des Leitrohrs 50 bis zum zweiten Berstelement 42 übernimmt somit abschnittsweise das Außengehäuse 11 die Funktion des Leitrohrs 50. Ein innerhalb des Leitrohrs 50 befindliches Gas bzw. die Schockwelle S wird in Richtung des zweiten Berstelements 42 geleitet.
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Zwischen der Außenseite 52 des Leitrohrs 50 und der Innenwandung 25 der Druckgaskammer 20 ist zumindest abschnittsweise eine Brennkammer 60 ausgebildet. In der Brennkammer 60 ist ein Treibstoff 65 befindlich. Der Treibstoff 65 liegt in Tablettenform vor. Es ist auch möglich, dass der Treibstoff 65 in anderen geometrischen Formen, wie zum Beispiel in Form von aneinander gestapelten Ringen bzw. als gestapelte Treibstoffringe vorliegt, wobei auch Treibstoffsegmente, insbesondere als Teilabschnitte eines Rings, so aneinander gereiht vorliegen können, dass sie insgesamt eie ringförmige Form aufweisen. Auch kann der Treibstoff 65 in gängigen Formen, wie z.B. als Granulat und/oder Extrudatkörper mit axialem Durchgangskanal und/oder Extrudatkörper ohne axialen Durchgangskanal vorliegen. Die Brennkammer 60 wird in Längserstreckung, also entlang der Längsachse L des Hybridgasgenerators 10 in Richtung Endabschnitt 15 der Druckgaskammer 20 mittels eines Brennkammersiebs 66 begrenzt. Neben dem Brennkammersieb 66 kann eine Filterscheibe 67 mit Durchgangsöffnungen 68 ausgebildet sein. Das Brennkammersieb 66 und die Filterscheibe 67 verhindern, dass Treibstoff 65 aus der Brennkammer 60 austritt.
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Im dargestellten Beispiel umgibt die Brennkammer 60 auch die Anzünderkammer 36. Zu erkennen ist ein Füllkörper 61, insbesondere ein ringförmiger Füllkörper 61. Dieser Füllkörper 61 kann zum einen als Schweißschutz bei der Herstellung des Hybridgasgenerators 10 dienen. Zum anderen kann der Füllkörper 61 beim Einfüllen des Treibstoffes 65, beispielsweise mit Hilfe eines nicht dargestellten Fülltrichters, in die Brennkammer 60 als verdichtendes Auflageelement bzw. als Volumenausgleich dienen.
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Das Brennkammersieb 66 und die Filterscheibe 67 liegen auf einer Sicke 16 des Außengehäuses 11 des Hybridgasgenerators 10 auf. Die Sicke 16 ist vorzugsweise als vollständig umlaufende Sicke ausgebildet.
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Im Leitrohr 50 sind mehrere Austrittsöffnungen 55 ausgebildet. Die Austrittsöffnungen 55 liegen auf einer Kreislinie des Leitrohrgehäuses. Die Austrittsöffnungen 55 dienen, insbesondere im Aktivierungsfall des Hybridgasgenerators 10, zur fluiden Verbindung des Leitrohrs 50 bzw. des Inneren des Leitrohrs 50 mit der Brennkammer 60. Die Austrittsöffnungen 55 können im Ruhezustand des Hybridgasgenerators verschlossen bzw. verdämmt ausgebildet sein. D.h., dass die Austrittsöffnungen 55 mit einer vorzugsweise umlaufenden Verdämmung, beispielsweise einer Folie aus Aluminium oder Stahl, verschlossen sein können.
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Das Leitrohr 50 weist mehrere Eintrittsöffnungen 56 auf. Die Eintrittsöffnungen 56 sind in Richtung des diffusorseitigen Endes 51 des Leitrohrs 50 ausgebildet. Durch die Eintrittsöffnungen 56 kann Gas der Brennkammer 60 in das Leitrohr 50 bzw. in einen Innenbereich des Leitrohrs 50 strömen.
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Bei Aktivieren eines erfindungsgemäßen Hybridgasgenerators 10 wird zunächst der Anzünder 33 des Hybridgasgenerators 10 aktiviert. In der Anzünderkammer 36 wird ein Berstdruck aufgebaut, insbesondere durch ein Öffnen bzw. durch eine Druckentwicklung des Anzünders 33 selbst und durch einen Abbrand von Anzündmittel 34 mit entsprechender Druckentwicklung. Es folgt das Öffnen des ersten Berstelements 41. Durch das Öffnen des ersten Berstelements 41 wird eine Schockwelle S in der Entstehungsebene E erzeugt. Die Schockwelle S wird entlang der gestrichelten Linien im Inneren des Leitrohrs 50 in Richtung des zweiten Berstelements 42 geführt. Ein Strom von heißem Anzündgas und/oder heißen Anzündpartikel (dargestellt durch die dicke durchgezogene Pfeillinie) strömt aus den Austrittsöffnungen 55 des Leitrohrs 50 in die Brennkammer 60.
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In 1 ist lediglich eine Pfeillinie dargestellt, welche repräsentativ für alle anderen gleichartigen Gas- bzw. Partikelströme durch die restlichen Austrittsöffnungen 55 des Leitrohrs 50 in die Brennkammer 60 stehen soll. Die Ausbreitung des Stromes von heißem Anzündgas und/oder heißen Anzündpartikeln erfolgt daher in dem dargestellten unteren Teil der Brennkammer 60 entsprechend. In der Brennkammer 60 wird durch das heiße Anzündgas bzw. durch die heißen Anzündpartikel der Treibstoff 65 entzündet.
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Das zweite Berstelement 42, das als Berstmembran ausgebildet ist, wird aufgrund der Schockwelle S geöffnet bzw. geborsten. In der Brennkammer 60 strömt durch die Verbrennung des Treibstoffs 65 erzeugtes Treibstoffabbrandgas, aber auch ein Anteil des im Ruhezustand des Hybridgasgenerators 10 gespeicherten Druckgases, durch das Brennkammersieb 66 und durch die Durchgangsöffnungen 68 der Filterscheibe 67. Mittels des Brennkammersiebs 66 wird zum einen der Treibstoff 65 des Treibstoffabbrandgases zurückgehalten bzw. solange gehalten, bis er bestimmungsgemäß abgebrannt ist. Des Weiteren wird das Treibstoffabbrandgas dadurch gekühlt. Das Gas, umfassend Treibstoffabbrandgas und einen Anteil gespeicherten Druckgases, strömt weiter entlang der Außenseite 52 des Leitrohrs 50.
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Das Brennkammersieb 66 bzw. die Filterscheibe 67 begrenzen einen zweiten Abschnitt 69 der Brennkammer 60, welcher sich von dem Brennkammersieb 66 bzw. der Filterscheibe 67 im Wesentlichen bis in den Endabschnitt 15 des Hybridgasgenerators 10 hinein erstreckt, insbesondere bis zu dem Bereich hin erstreckt, bei dem die Innenseite der Verjüngung 22 die Außenseite des Leitrohrs 50 kontaktiert. Dieser zweite Abschnitt 69 der Brennkammer 60 ist nicht mit Treibstoff 65 gefüllt. Durch eine Reihe von Eintrittsöffnungen 56 in dem Leitrohr 50 strömt das Treibstoffabbrandgas und ein Anteil des gespeicherten Druckgases wieder in den Innenbereich des Leitrohrs 50 hinein. Durch das Sieb 23 und das geöffnete zweite Berstelement 42 wird das Treibstoffabbrandgas und das im Ruhezustand des Hybridgasgenerators 10 gespeicherte Druckgas in Richtung des Diffusors 80 geleitet. Durch Öffnungen 81 des Diffusors 80 strömt das erzeugte Treibstoffgas und das gespeicherte Druckgas aus dem Hybridgasgenerator 10.
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Im dargestellten erfindungsgemäßen Hybridgasgenerator brennt der Treibstoff 65 zeitlich und räumlich getrennt von der Schockwelle S ab. Dies wird unter anderem durch die räumliche Trennung der Schockwelle S und des Treibstoffes 65 ermöglicht.
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In 2 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridgasgenerators 10 dargestellt. Diese weist große Übereinstimmung mit der Ausführungsform der 1 auf. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen.
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Das dargestellte erste Berstelement 41 ist als hülsenartig geformte Berstmembran ausgebildet. Die Berstebene des ersten Berstelements 41 ist somit im Bereich des Hülsenbodens 44 ausgebildet. Der Hülsenboden 44 entspricht der Entstehungsebene E der Schockwelle S. Das erste Berstelement 41 ragt in diesem Beispiel in das Innere des Leitrohrs 50 hinein. Im Hülsenboden 44 ist eine Sollbruchstelle 45 ausgebildet, an der nach Aktivierung des Hybridgasgenerators 10 das erste Berstelement 41 öffnet bzw. aufgerissen wird. Das Leitrohr 50 ist bereits räumlich vor der Entstehungsebene E der Schockwelle S ausgebildet, hat also seinen Anfang, von der Entstehungsebene E aus betrachtet, strömungsaufwärts, in Richtung der Anzündkammer 36.
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Die Brennkammer 60 ist im dargestellten Beispiel der 2 auf einer Seite, nämlich der Seite, die zu dem Endabschnitt 15 des Hybridgasgenerators 10 hinweist, mittels des Brennkammersiebs 66 bzw. der Filterscheibe 67 begrenzt. Auf der anderen Seite, welche zu dem Anzünder 33 hinweist, ist die Brennkammer 60 durch eine Begrenzungsscheibe 62, insbesondere eine Streckmetallscheibe, begrenzt. Der Treibstoff 65 der Brennkammer 60 umgibt somit nicht radial das Gehäuse 31 der Anzündereinheit 30 bzw. der Anzünderkammer 36. Die Ausbreitung der Schockwelle S sowie des Treibstoffabbrandgases entspricht im Wesentlichen den in der 1 dargestellten Verläufen. Die Entstehungsebene E der Schockwelle S ist in 2 näher an den Austrittsöffnungen 55 des Leitrohrs 50 ausgebildet, als dies in 1 der Fall ist.
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In 3 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybridgasgenerators 10 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel weist große Übereinstimmungen mit den Ausführungsformen der 1 und 2 auf. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zu den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 eingegangen.
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Der Aufbau der Anzündereinheit 30 mit den einzelnen Elementen und Bauteilen sowie der Aufbau des ersten Berstelements 41 mit einem Berstelementhalter 43 entsprechen der Ausführung gemäß 1.
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Das Leitrohr 50 weist mehrere Austrittsöffnungen 55 auf, die auf einer gedachten Kreislinie des Leitrohrs 50 angeordnet sind. Außerdem weist das Leitrohr 50 mehrere Zusatzaustrittsöffnungen 53 auf. Die Zusatzaustrittsöffnungen 53 sind ebenfalls auf einer gedachten Kreislinie auf dem Leitrohr 50 ausgebildet. Die Brennkammer 60 ist länger ausgebildet als die Brennkammern 60 gemäß den Ausführungsformen, die in den 1 und 2 dargestellt sind.
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Das Außengehäuse 11 weist nicht zwangsläufig eine Sicke 16, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist, auf. Vielmehr sind das Brennkammersieb 66 und die Filterscheibe 67 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 an der Innenwandung 25 des Außengehäuses 11 des Hybridgasgenerators 10 angeordnet. Beispielsweise sind das Brennkammersieb 66 und die Filterscheibe 67 mit der Innenwandung 25 verklebt und/oder verschweißt.
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Da das Leitrohr 50 sowohl mehrere Austrittsöffnungen 55 als auch mehrere Zusatzaustrittsöffnungen 53 aufweist, kann ein Strom von heißem Anzündgas und/oder heißen Anzündpartikeln (dargestellt durch die dicken durchgezogenen Pfeillinien) sowohl aus den Austrittsöffnungen 55 als auch durch die Zusatzaustrittsöffnungen 53 in die Brennkammer 60 strömen.
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In 3 sind lediglich im oberhalb der Längsachse L abgebildeten Teilbereich die dicken durchgezogenen Pfeillinien dargestellt. Diese stehen repräsentativ für alle anderen gleichartigen Gas- bzw. Partikelströme, die durch die restlichen Austrittsöffnungen 55 und restlichen Zusatzaustrittsöffnungen 53 in die Brennkammer 60 austreten. Die Ausbreitung des Stromes von heißem Anzündgas und/oder heißen Anzündpartikeln erfolgt daher in dem dargestellten unteren Teil der Brennkammer 60 entsprechend. In der Brennkammer 60 wird durch das heiße Anzündgas bzw. durch die heißen Anzündpartikel der Treibstoff 65 entzündet.
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Das zweite Berstelement 42 ist als Berstmembran ausgebildet, wobei die Berstmembran mittels eines zweiten Berstelementhalters 70 mit dem Außengehäuse 11 des Hybridgasgenerators 10 verbunden ist. Das zweite Berstelement 42 wird aufgrund der Schockwelle S geöffnet bzw. geborsten.
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Das diffusorseitige Ende 51 des Leitrohrs 50 ist in 3 düsenartig geformt. Die Schockwelle S wird dadurch verstärkt. Der Querschnitt des Leitrohrs nimmt entlang der Längsachse L am diffusorseitigen Ende 51 des Leitrohrs in Richtung des zweiten Berstelements 42 ab. Durch die Verstärkerfunktion der düsenartigen Form ist ein geringerer Erzeugungsdruck der Schockwelle S nötig. Zwischen der Außenseite 52 des Leitrohrs und der Innenwandung 25 des Außengehäuses 11 wird im diffusorseitigen Endabschnitt 15 der Druckgaskammer 20 ein zweiter Abschnitt 69 der Brennkammer gebildet. Dieser zweite Abschnitt 69 der Brennkammer 60 ist nicht mit Treibstoff 65 gefüllt. Durch Durchgangsöffnungen 68 in der Filterscheibe 67 strömt das Treibstoffabbrandgas und ein Anteil des gespeicherten Druckgases in den zweiten Abschnitt 69 der Brennkammer 60. Anschließend strömen das Treibstoffabbrandgas und ein Anteil des gespeicherten Druckgases in Richtung des geborstenen zweiten Berstelements 42.
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Ein Sieb 23 ist in 3 nicht ausgebildet. Der verengte Querschnitt des düsenartig geformten diffusorseitigen Endes 51 des Leitrohrs 50 fungiert als Rückstau-Element für Anzündschwaden. Als Anzündschwaden sind die Verbrennungsprodukte, insbesondere heiße Gase und/oder Partikel, des Anzündmittels 34 zu verstehen. Die Anzündschwaden können somit besser radial nach außen durch die Austrittsöffnungen 55 und die Zusatzaustrittsöffnungen 53 auf den in der Brennkammer 60 befindlichen anzuzündenden Treibstoff 65 gelenkt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hybridgasgenerator
- 11
- Außengehäuse
- 15
- Endabschnitt
- 16
- Sicke
- 20
- Druckgaskammer
- 22
- Verjüngung
- 23
- Sieb
- 24
- Innenabschnitt
- 25
- Innenwandung
- 30
- Anzündereinheit
- 31
- Gehäuse
- 32
- Sockel
- 33
- Anzünder
- 34
- Anzündmittel
- 35
- Füllkörper
- 36
- Anzünderkammer
- 41
- erstes Berstelement
- 42
- zweites Berstelement
- 43
- Berstelementhalter
- 44
- Hülsenboden
- 45
- Sollbruchstelle
- 50
- Leitrohr
- 51
- diffusorseitiges Ende
- 52
- Außenseite
- 53
- Zusatzaustrittsöffnung
- 55
- Austrittsöffnung
- 56
- Eintrittsöffnung
- 60
- Brennkammer
- 61
- Füllkörper
- 62
- Begrenzungsscheibe
- 65
- Treibstoff
- 66
- Brennkammersieb
- 67
- Filterscheibe
- 68
- Durchgangsöffnung
- 69
- zweiter Abschnitt Brennkammer
- 70
- zweiter Berstelementhalter
- 80
- Diffusor
- 81
- Öffnung
- E
- Entstehungsebene Schockwelle
- L
- Längsachse
- S
- Schockwelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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