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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Gasgenerator
für Kraftfahrzeugsicherheitsanlagen.
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Spezieller
betrifft die Erfindung einen pyrotechnischen Gasgenerator, umfassend
ein rohrförmiges
Gehäuse,
das an seinen Enden geschlossen und im Inneren unterteilt ist über eine
Trennung, die zwei benachbarte Kammern definiert, nämlich einen Brennraum,
der eine pyrotechnische Ladung in Verbindung mit einem Zünder beinhaltet,
sowie eine Ansaugkammer, die mit wenigstens einer Auslaßöffnung kommuniziert,
die durch die Wand der Ansaugkammer ausgebildet ist, wobei die Trennung
durchstoßen
ist durch wenigstens eine düsenförmige bzw. düsenbildende Öffnung,
welche es durch die Verbrennung der pyrotechnischen Ladung erzeugtem, heißem Gas
erlaubt, in gesteuerter Weise von dem Brennraum in die Ansaugkammer
zu gelangen, wobei das Gas darauffolgend aus der Ansaugkammer über die
Auslaßöffnung entweichen
kann, und zwar insbesondere zum Zweck des Aufblasens eines Airbags
zum Zwecke des Schutzes von Insassen in einem Kraftfahrzeug im Falle
eines Unfalls.
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Präziser, versucht
die vorliegende Erfindung eine Verbesserung für diesen Typ von Generator
vorzusehen und versucht ihn mit einem Sicherheitssystem auszustatten,
das ausgestaltet ist, sich im Falle einer Fehlfunktion zu aktivieren,
die zu einem unbeabsichtigten und unerwünschten Auftreten übermäßigen Drucks
in dem Brennraum führt.
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Der
Begriff "übermäßiger Druck" wird in der vorliegenden
Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen verwendet, um einen Druck
zu bezeichnen, der wesentlich höher
ist als der "nominale" Druck, der normalerweise
darin entsteht, wenn der Generator sich in Betrieb befindet, d.
h., während
die pyrotechnische Ladung verbrennt und die über eine derartige Verbrennung
erzeugten heißen
Gase entweichen.
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Ein
derartiges Problem kann insbesondere in den folgenden Situationen
entstehen. Die im Rahmen eines Fahrzeugfeuers abgegebene Hitze kann bewirken,
daß die
Ladung (wie beispielsweise ein Treibgas) bei Drucken verbrennt,
die viel höher
sind als der normale Betriebsdruck des Generators. In ähnlicher
Weise können
bei gewissen Arten von Fehlern bzw. Fehlverhalten des Generators,
die Auslaßöffnungen
belegt bzw. versperrt werden, wodurch bewirkt wird, daß der Druck
im Inneren des Generators stark über
seinen normalen Betriebsdruck ansteigt.
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Im
Falle, daß dieser
Druck die Grenzen der mechanischen Festigkeit des Generators überschreitet,
besteht eine Gefahr, daß sich
der Generator zerlegt, wobei dann Scherben bzw. Fragmente vorstehen,
die für
die Insassen des Fahrzeugs oder für die an dem Fahrzeug hantierende
Rettungsmannschaft gefährlich
werden können.
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Die
Dokumente
FR 2 691 706 und
FR 2 796 936 empfehlen Maßnahmen,
mit denen versucht wird, dieses Risiko zu vermeiden.
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Zu
diesem Zweck ist der Brennraum aus einem zylindrischen Gehäuse hergestellt,
das ein Ende hat, welches nach unten umgeklappt ist auf einen Ring,
wodurch es gecrimpt bzw. angequetscht ist.
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Diese
hochspezielle Konfiguration ist in einer derartigen Weise ausgestaltet,
daß sich
der umgeklappte Abschnitt im Falle übermäßigen Drucks, oberhalb eines
gewissen vorbestimmten Grenzdrucks, öffnet, wodurch der Ring entcrimpt
und gelöst wird.
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Die
heißen
Gase werden daher direkt von dem Brennraum durch sein Ende, gegenüber dem Ende,
durch das das heiße
Gas entweicht, während des
normalen Betriebs des Generators ausgestoßen, um den Airbag aufzublasen.
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Das
Ausstoßen
von Gas unter Druck zusammen mit dem Verschlußring erfolgt daher nicht in Richtung
des Insassen, wodurch die Gefahr einer Verletzung begrenzt wird.
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Nichtsdestotrotz
ist diese Lösung
nicht vollkommen zufriedenstellend, da die mögliche Gefahr besteht, daß der Ring
und das heiße
Gas ausgestoßen
werden. Die Lösung
erfordert für
die Wirksamkeit des Systems, daß der
Ring gehalten und der Gasstrom verifiziert wird. Bei diesem System
ist es daher erforderlich, daß es
ausreichend Festigkeit beibehält, um
sicherzustellen, daß weder
der Ring, noch der Strom an heißem
Gas in Richtung eines Insassen des Fahrzeugs oder einer Person,
die zur Hilfe gekommen ist, gerichtet wird. Des weiteren muß die Umgebung
des Generators geschützt
werden, um sicherzustellen, daß er
nicht beschädigt
wird. Insofern liefert die Lösung
nicht mehr, als daß sie
das Problem in Bezug auf die Sicherheit des Gasgenerators auf die
peripheren Komponenten verschiebt.
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Eine
andere Struktur, mit der versucht wird, dasselbe Problem zu lösen, ist
in dem
US-Patent Nr. 6 447 008 offenbart.
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Dieses
Patent betrifft einen Generator, dessen Brennraum definiert ist über eine
Trennwand, die eine düsenformende Öffnung darstellt
und einen radialen Ansatz aufweist, der dazu dient, sie an einem gecrimpten,
ringförmigen
Vorsprung zu befestigen, der von der Wand des Gehäuses nach
innen ragt.
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Der
Ansatz ist dazu geeignet, sich unter der Kraft von in dem Brennraum
auftretendem, übermäßigem Druck
zu deformieren. Unter derartigen Umständen wird die Wand von dem
Gehäuse
getrennt und bewegt sich in axialer Translation derart darin, daß der Brennraum
in direkte Verbindung mit den Auslaßöffnungen versetzt wird. Das
Gas kann daher direkt aus dem Brennraum durch die Auslaßöffnungen
entweichen, ohne durch die düsenförmige bzw. -bildende Öffnung zu
gelangen.
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Diese
Lösung
ist nicht vollkommen zufriedenstellend, weil unter anderem die Düse eine
feste Komponente ist. Folglich führt
deren Bewegung innerhalb des Körpers
des Generators zu der Gefahr, daß andere Komponenten darin
beschädigt
werden. Diese anderen Komponenten können die Gasauslaßöffnungen
behindern und zu übermäßigem Druck führen, der
andererseits zu vermeiden gewesen wäre. Des weiteren ist es nicht
immer möglich,
eine Düse
vorzusehen, die beweglich ist.
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Das
Dokument
GB-A-2 390
665 offenbart einen Hybridgasgenerator mit einer pyrotechnischen Einheit,
die ausgelegt ist, um heißes
Gas zu erzeugen und einer Kammer, die komprimiertes, kaltes Gas
beinhaltet. Wird die pyrotechnische Einheit betätigt, so wird Gas mit hoher
Temperatur erzeugt und eine Strömungsbahn
geöffnet,
die ermöglicht,
daß das
heiße
Gas und das kalte Gas gemischt werden und aus dem Gasgenerator austreten
können.
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Dieser
bekannte Generator umfaßt
eine Gasstromkammer, die zwischen dem Brennraum angeordnet ist,
der das pyrotechnische Material beinhaltet und der Kammer, die das
kalte Gas beinhaltet.
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Gemäß einem
ersten, in den
1 und
2 gezeigten
Ausführungsbeispiel,
ist die Gasstromkammer mit hohlen Kolbenelement versehen, das in
einer rohrförmigen
Führung
aufgenommen ist. Die Gasstromkammer kommuniziert mit der das kalte Gas
beinhaltenden Kammer über
eine zentrale Öffnung,
die anfänglich über einen
Verschlußstopfen geschlossen
ist, der in dem rohrförmigen
Schaft des Kolbens montiert ist und an den eine Membran angrenzt.
Wenn das pyrotechnische Material gezündet ist, wirkt der Druck des
innerhalb des Brennraums erzeugten Gases auf den Kolben und bewirkt,
daß die Membran
bricht und den Verschlußstopfen
ausstößt. Dadurch
wird das heiße
Gas über
den rohrförmigen Kolbenschaft
in die das kalte Gas beinhaltende Kammer eingeführt und mit letzterem gemischt.
Dann kann das gemischte Gas in die entgegengesetzte Richtung durch
die zentrale Öffnung
strömen
und aus dem Generator über
Auslaßteile
entweichen, die in der Wand der Stromkammer ausgebildet sind.
5 der
GB-A-2 390 665 zeigt
einen Gasgenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Dieser
bekannte Hybridgenerator, der drei unterschiedliche Kammern umfaßt und mit
einem aus zwei Teilen gebildeten, gleitenden Kolben versehen ist,
ist recht komplex und sperrig.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu
lösen.
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Eines
ihrer Ziele ist es, ein Sicherheitssystem des oben erwähnten Typs
vorzuschlagen mit geringer Modifikation in Bezug auf die die düsenförmige bzw.
düsenbildende Öffnung tragende
Trennung, wobei diese Modifikation die strukturelle Einfachheit
und den Preis des Generators wenig, wenn nicht gar nicht, beeinflußt. Dadurch
wird die Kompaktheit im Vergleich zu einem ähnlichen, herkömmlichen
Generator ohne Sicherheitssystem, nicht gemindert.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist es, sicherzustellen, daß, wenn
das Sicherheitssystem arbeitet, weder Bauteile des Gene rators, noch
irgendwelche festen Fremdkörper,
die von dem Auseinanderbrechen derartiger Teile resultieren könnten, aus
dem Gehäuse
hervorstehen, wodurch dessen anfängliche allgemeine
Gestalt und Integrität
beibehalten bleibt.
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Erfindungsgemäß werden
diese Ziele erreicht durch die Tatsache, daß die Trennung einen umfänglichen
Abschnitt umfaßt,
der von hoher mechanischer Festigkeit ist, wobei er an der Wand
des Gehäuses
befestigt ist, und einen zentralen Abschnitt, der die düsenförmige bzw.
düsenbildende Öffnung aufnimmt
und von geringerer mechanischer Festigkeit ist und geeignet ist,
sich zu deformieren oder sogar zu brechen unter dem Einfluß übermäßigen Drucks,
der (unerwartet) im Inneren des Brennraums auftritt.
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Auf
diese Weise wird der Strömungsquerschnitt
für heißes Gas
durch die Trennung von dem Brennraum und in die Ansaugkammer dann
wesentlich erhöht,
während
die deformierten und/oder gebrochenen Zonen des zentralen Abschnitts
in das Innere der Ansaugkammer zurückgeschoben werden.
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Daher
ist es die Erhöhung
des Strömungsquerschnitts
des Gases mit übermäßigem Druck,
die zu einer entsprechenden Erhöhung
der Strömungsgeschwindigkeit
führt und
die sicherstellt, daß der Brennraum
schnell dekomprimiert wird, wobei die erzeugten Gase über die
Ansaugkammer und über
die Auslaßöffnungen
abgeführt
werden, wie dies während
eines normalen Auslösens
des Generators erfolgt.
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Aufgrund
der Deformierung und/oder des Brechens, das im Inneren des Gehäuses erfolgt, bleibt
jeglicher Fremdkörper,
der vorstehen könnte, im
Inneren der Ansaugkammer gefangen, ohne das Risiko einer Verletzung
der Insassen des Fahrzeugs oder daß eine Behinderung des Gasauslaßöffnungen erfolgen
könnte.
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Gemäß anderer
Eigenschaften der Erfindung, die vorteilhaft, jedoch nicht einschränkend sind:
- – ist
das Gehäuse
rohrförmig,
während
die Trennung aus einer Dichtung besteht, an die die zylindrische
Wand angecrimpt ist;
- – besitzt
die Trennung in Form einer Dichtung einen äußeren ringförmigen Abschnitt konstanter Dicke,
an dem die Wand des Gehäuses
angecrimpt ist, und einen im wesentlichen scheibenförmigen,
zentralen Abschnitt wesentlich kleinerer Dicke;
- – definiert
der zentrale Abschnitt kleinerer Dicke innerhalb der Dichtung einen
Rückversatz,
der in Richtung der Ansaugkammer offen ist;
- – ist
der zentrale Abschnitt der Dichtung ebenfalls von konstanter Dicke;
- – ist
der zentrale Abschnitt der Dichtung mit dem dickeren äußeren, ringförmigen Abschnitt über eine
umfängliche
Zone, die dünn
und zerbrechlich ist, verbunden, die eine umfängliche Schwächungslinie
ausbildet;
- – ist
der zentrale Abschnitt der Dichtung mit dem dickeren äußeren, ringförmigen Abschnitt über eine
umfängliche
Zone verbunden, die dicker ist als ihre zentrale Zone, wobei die
Dicke des zentralen Abschnitts von ihrem Umfang in Richtung ihres
Zentrums stetig abnimmt;
- – hat
die Trennung eine einzelne zentrale, durch sie durch führende zentrale Öffnung;
und hat die Trennung mehrere durch sie verlaufende Öffnungen.
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Bei
einem möglichen
Ausführungsbeispiel der
Erfindung im Rahmen einer Ausgestaltung, die insbesondere einfach
und kompakt ist, umfaßt
der Generator ein rohrförmiges
Gehäuse,
das an jedem seiner Enden über
einen jeweiligen Verschlußring verschlossen
ist und im Inneren unterteilt ist über eine Trennung, die wenigstens
zwei benachbarte Kammern definiert, nämlich erstens zumindest einen Brennraum,
der eine pyrotechnische Ladung in Verbindung mit einem Zünder beinhaltet,
wobei der Zünder
an einem zentralen Abschnitt eines der Verschlußringe befestigt ist und zweitens
wenigstens eine Ansaugkammer, in der ein poröser, zylindrischer Kondensator
angreift, wobei die Ansaugkammer durch die Wand des Kondensators
mit wenigstens einer Auslaßöffnung kommuniziert,
die radial durch die zylindrische Wand der Ansaugkammer ausgebildet ist,
wobei die Trennung wenigstens eine durch sie verlaufende düsenförmige bzw.
düsenbildende Öffnung hat,
die es durch die Verbrennung der pyrotechnischen Ladung erzeugtem,
heißem
Gas erlaubt, in gesteuerter Weise von dem Brennraum in den Raum im
Inneren des in der Ansaugkammer angeordneten Kondensators zu gelangen,
wobei das Gas dann aus der Ansaugkammer entweichen kann durch die Wand
des Kondensators und durch die Auslaßöffnung, insbesondere um einen
Airbag aufzublasen.
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Er
ist gekennzeichnet durch die Tatsachen, daß die Trennung aus einer Dichtung
besteht, die einen äußeren ringförmigen Abschnitt
konstanter Dicke und hoher mechanischer Festigkeit besitzt, sowie
einen im wesentlichen scheibenförmigen
zentralen Abschnitt einer Dicke, die wesentlich kleiner ist und
geringere mechanische Festigkeit hat und die düsenförmige Öffnung aufnimmt, wobei die
Dichtung im Inneren des rohrförmigen
Gehäuses
befestigt ist durch Crimpen der zylindrischen Wand des Gehäuses in
eine umfängliche
ringförmige
Ausnehmung, die in der äußeren Wand
des äußeren ringförmigen Abschnitts
ausgebildet ist, und daß der
zentrale Abschnitt geeignet ist, sich zu deformieren oder sogar zu
brechen unter dem Einfluß übermäßigen Drucks, der
im Inneren des Brennraums auftritt, so daß der Strömungsquerschnitt für heißes Gas
von dem Brennraum durch die Trennung zu der Ansaugkammer dann beachtlich
erhöht
ist, während
die deformierten und/oder gebrochenen Zonen des zentralen Abschnitts
zurückgeschoben
werden in die Ansaugkammer im Inneren des zylindrischen Kondensators.
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Andere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung eröffnen sich beim Lesen der folgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen:
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1 eine
diagrammartige axiale Schnittansicht eines herkömmlichen pyrotechnischen Gasgenerators
ist, der Teil des Standes der Technik bildet;
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2 und 3 jeweils
eine Außenansicht und
einer axiale Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer dichtungsartigen
Trennung sind, die in einen Generator in Übereinstimmung mit der Erfindung
integriert werden kann;
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4 und 5 Ansichten, ähnlich den 2 bzw. 3 sind
und eine Variante der Trennung zeigen;
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6 eine
schematische axiale Schnittansicht eines pyrotechnischen Gasgenerators
in Übereinstimmung
mit der Erfindung ist, der mit der in den 2 und 3 gezeigten
Trennung versehen ist, wobei der Generator während des normalen Betriebs gezeigt
ist;
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7 ähnlich der 6 ist
und den Generator zeigt, nachdem sein Sicherheitssystem ausgelöst wurde;
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8 eine
Ansicht analog 3 in größerem Maßstab ist;
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9 und 10 jeweils
eine Außenansicht und
eine axiale Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer dichtungsartigen
Trennung sind, geeignet zur Integration in einen Generator in Übereinstimmung
mit der Erfindung;
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11A und 11B jeweils
eine Außenansicht
und eine axiale Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
einer dichtungsartigen Trennung sind, geeignet für die Integration in einen
Generator in Übereinstimmung
mit der Erfindung;
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12 und 13 Ansichten ähnlich den 9 bzw. 10 sind
und eine Variante der Trennung zeigen;
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14 und 15 Diagramme
entsprechend den Ansichten der 9 bzw. 10 sind;
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14A, 14B, 14C und 14D zum
einen und 15A, 15B, 15C und 15D zum
anderen zwei Serien von Diagrammen entsprechend den 14 bzw. 15 sind
und unterschiedliche Stufen bei der Deformierung und dem Brechen
der Trennung während
der Implementierung des Sicherheitsvorgangs zeigen, wenn das zweite Ausführungsbeispiel
der dichtungsartigen Trennung Verwendung findet;
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16 ein
Graph ist, der eine Veränderung des
Gasströmungsquerschnitts
aus dem Brennraum heraus als Funktion des Drucks zeigt, der während des
Prozesses in dem Raum herrscht;
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17 ein
Graph ist, der eine Kurve aufträgt, welche
die Änderung
des Drucks zeigt, der im Inneren des Brennraums herrscht als Funktion über die Zeit,
mit und ohne implementiertem Sicherheitssystem;
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18 ein
Diagramm ist zur Darstellung verschiedenster Betriebsarten des Generators,
entweder unter normalen Bedingungen oder unter abnormalen Bedingungen
zufällig übermäßigen Drucks, mit
und ohne dem implementierten Sicherheitssystem; und
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19 bis 22 theoretische
Diagramme sind, die Varianten eines Generators in Übereinstimmung
mit der Erfindung zeigen, der mehrere Brennräume und/oder Ansaugkammern
hat.
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Der
in 1 gezeigte, pyrotechnische Gasgenerator umfaßt ein rohrförmiges Gehäuse 1 zylindrischer
Form, dessen Wand 10 an jeder ihrer Enden an jeweilige
allgemein scheibenförmige
Ringe 11 und 12 gecrimpt ist.
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Die
Bezugszeichen 101 und 102 bezeichnen ringförmige Wülste, die
sich einwärts
erstrecken und dazu dienen, die Wand 10 gegenüber den
Ringen 11 bzw. 12 zu blockieren.
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Auf ähnliche
Weise ist die Wand 10 in dem zentralen Abschnitt des Gehäuses auf
eine scheibenförmige,
quer verlaufende Trennung gecrimpt, die mit R bezeichnet wird.
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Die
ringförmige
Crimpwulst 100 dringt in eine aufnehmende, umfängliche
Ausnehmung, die zu diesem Zwecke in der Trennung R vorgesehen ist.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel (nicht
gezeigt), kann die Trennung R von zwei Crimpen gehalten werden,
die jeweils oberhalb und unterhalb der Trennung R ausgebildet sind.
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In
ihrem zentralen Abschnitt ist die Trennung R von einer düsenförmigen bzw.
düsenbildenden Öffnung T
durchstoßen,
die beispielsweise die Form eines Zylinders, angrenzend an einen
leicht konischen Abschnitt, hat.
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Die
Trennung R hat konstante Dicke.
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Das
Gehäuse 1,
die Ringe 12 und 11 und die Trennung R sind traditionell
aus einem Metall hergestellt, das kräftig ist und das hohen Temperaturen
widersteht; nichtsdestotrotz ist das Gehäuse 1 aus einem Metall
hergestellt, das ausreichend Duktilität besitzt, so daß ein Crimpen
möglich
wird.
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Die
mittlere Trennung R unterteilt das Innere des Gehäuses 1 in
zumindest zwei Kammern bzw. Räume,
von denen zumindest eine ein "Brenn"-Raum bzw. eine Brennkammer 30 ist
und zumindest eine andere eine "Ansang"-kammer 40.
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Der
Generator weist einen Zünder 2 auf,
der mit einer pyrotechnischen Ladung 3 in Verbindung steht,
wobei der Zünder 2 und
die Ladung 3 beide in dem Brennraum 30 angeordnet
sind.
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Wie
in 1 erkennbar, hat die Ladung 3 allgemein
die Form einer ringförmigen
Hülse allgemein zylindrischer
Gestalt, die in das Innere der Wand 10 des Gehäuses greift.
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Der
Zünder 2 ist
in dem zentralen Abschnitt des Rings 11 montiert und ist
gegen die innenliegende Fläche
des Rings mit Hilfe eines geeigneten Montageelements 7 gehalten
und zentriert.
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Eine
ringförmige
Dichtung 20 liefert auf diesem Niveau eine Abdichtung.
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Der
Hauptabschnitt des Zünders 2 dringt
in den Innenraum der Ladung 3.
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Die
Ladung wird an Ort und Stelle im Inneren des Brennraums 30 über geeignete
Zentriermittel (nicht gezeigt) gehalten und wird in Translation
gehalten über
ein becherförmiges
Gitter 8, das zwischen der Ladung und der Trennung R angeordnet ist.
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Der
Zünder 2 ist
mit einem Paar Stiften 21 versehen, die so ausgestaltet
sind, daß er
an eine Stromquelle angeschlossen werden kann.
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Dieser
Zünder
vom bekannten Typ ist ein elektropyrotechnischer Zünder. Er
umfaßt
ein elektrisches Zündsystem
und eine zerbrechliche bzw. zerreißbare Kappe, die eine pyrotechnische
Zusammensetzung beinhaltet.
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Im
Betrieb gibt diese pyrotechnische Zusammensetzung eine Flamme und
heißes
Gas frei, was wiederum zu einer Verbrennung der Ladung 3 führt.
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Die
Ladung ist beispielsweise aus einem festen Treibstoff gebildet und
geeignet zur sehr schnellen Erzeugung einer großen Menge an Gas.
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Der
konische Abschnitt der Düsenöffnung P weist
in Richtung des Brennraums 30. Nichtsdestotrotz ist es
möglich,
die Verwendung einiger anderer Formen vorzusehen, beispielsweise
eine zylindrische Düse.
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Im
Inneren der Ansaugkammer 40 ist ein Mantel 4 aus
gasdurchlässigem
Filtermaterial montiert.
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Seine
Funktion ist es, gewisse, in dem durch die Verbrennung der Ladung 3 erzeugten
Gas vorhandene Partikel einzufangen, um zu verhindern, daß diese
Partikel das Gehäuse
verlassen und in den Airbag eindringen.
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Zu
der Kammer 40 und dem Kondensator 4 weisend, wird
die Wand 10 des Gehäuses
von wenigstens einem radialen Loch durchstoßen und vorzugsweise von mehreren
radialen Löchern 9,
die winkelmäßig in regelmäßigen Abständen beabstandet sind.
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Falls
das Fahrzeug einen Aufprall erleidet, erzeugt ein Verzögerungssensor
ein elektrisches Signal, das durch den Zünder 2 in ein pyrotechnisches Signal
umgewandelt wird und die Treibmittelladung 3 dazu veranlaßt, zu verbrennen.
Das Treibmittel erzeugt Gas in dem Brennraum 30 und der
Ausstoß des
Gases wird über
die Öffnung
der Düse
T gesteuert.
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Dieser
Ausstoß findet über die
Auslaßkammer 40,
durch die Filterwand des Kondensators 4 in Richtung der
Auslaßlöcher 9 statt,
die zu dem Inneren des Airbags führen.
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Der
Nachteil dieser Vorrichtung nach dem Stand der Technik besteht in
Verbindung mit der Tatsache, daß im
Falle eines zufällig
im Inneren des Raums 30 erzeugten, übermäßigen Drucks, das komprimierte
Gas nicht in geeigneter Weise durch die Öffnung der kalibrierten Düse T entweichen
kann, und das Risiko einer Beschädigung
des Gehäuses 1 und/oder
eines Ausstoßes
des Rings 11 besteht oder des Auflösens der Crimpverbindung gewisser
Elemente, mit einer Gefahr, daß mechanische
Teile zum Vorstehen gebracht werden, welche die Insassen des Fahrzeugs
oder helfende Personen verletzen könnten.
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Die 2 und 3 zeigen
eine Trennung 5, die geeignet ist zum Ersatz der oben beschriebenen
Trennung R, um dieses Problem zu lösen.
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Wie
in den 2 und 3 erkennbar, besteht die Trennung 5 aus
einer Dichtung, die einen äußeren ringförmigen Abschnitt 50 konstanter
Dicke besitzt, sowie einen im wesentlichen schei benförmigen,
zentralen Abschnitt 51 einer Dicke, die wesentlich kleiner
ist als die Dicke des Abschnitts 50.
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In
der Mitte des zentralen Abschnitts 51 ist eine kreisfömige Öffnung 55 durchstoßen, die
als Düse
wirkt. In dieser Zone ist die Dicke des zentralen Abschnitts größer (obgleich
immer noch viel kleiner als die des äußeren Abschnitts 50);
diese Zone ist über
einen Abschnitt 53 verbunden, der konisch oder etwa konisch
gegenüber
dem äußeren Abschnitt 50 ist,
wobei die Verbindung zwischen diesen beiden Zonen über eine
umfängliche
Zone 52 erfolgt, die dünn
und zerbrechlich bzw. zerstörbar
ist und eine umfängliche
Schwächungslinie
ausbildet.
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Der
dicke zentrale Teil des Abschnitts 51 wird mit 54 bezeichnet.
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Der
zentrale Abschnitt 51 ist nicht in der Mittelebene der
Symmetrie der Dichtung angeordnet, sondern in Richtung einer ihrer
Flächen
versetzt (in 3 gesehen, nach rechts), so
daß der
Abschnitt 51 einen Rückversatz 500 definiert.
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Wie
unten erläutert
wird, sollte der Rückversatz 500 vorzugsweise
zur Ansaugkammer weisen, wenn die Dichtung im Inneren des Gehäuses des
Generators montiert ist.
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Bezugszeichen 56 bezeichnet
die ringförmige
Ausnehmung bzw. Nut, die dazu verwendet wird, um das Gehäuse an die
Dichtung zu crimpen.
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Die
in 4 und 5 gezeigte Variante hat eine
Dichtung 5' mit
derselben allgemeinen Konfiguration wie die oben beschriebene, einschließlich eines äußeren Abschnitts 50' einer Dicke,
die wesentlich größer ist
als die des inneren Abschnitts 51'.
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Nichtsdestotrotz
unterscheidet sich diese Trennung von der obigen Trennung insofern,
als sie zwei düsenförmige bzw.
-bildende Öffnungen
mit den Bezugszeichen 55a und 55b hat. In dem
in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel,
sind diese Öffnungen
symmetrisch auf beiden Seiten der Achse der Dichtung angeordnet.
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In
dem gezeigten Beispiel sind die Durchmesser dieser beiden Öffnungen
identisch. Nichtsdestotrotz könnten
sie unterschiedlich sein.
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Während eines
normalen Betriebs des Generators, erzeugt die brennende Ladung 3 ein
Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit
und einem Druck PN, welche von der Öffnung 55 in
der Trennung 5 gesteuert werden, wenn das Gas durch die Öffnung 55 gelangt,
wie dies durch Pfeile F in 6 wiedergegeben
ist.
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Danach
entweicht das Gas aus der Ansaugkammer 40, nachdem es durch
die poröse
Wand des Kondensators 4 gelangt ist und entweicht über die Auslaßöffnung(en) 9,
wie dies durch Pfeile G symbolisiert ist.
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Die
Festigkeit bzw. Stärke
der Dichtung 5 und spezieller die Festigkeit ihrer Schwächungszone 52 ist
derart gewählt,
daß die
Trennung 5 sich unter der Einwirkung dieses nominalen Drucks
PN nicht deformiert.
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Folglich
arbeitet der Generator in herkömmlicher
Weise wie ein traditioneller Generator, und zwar wie beispielsweise
der in 1 gezeigte.
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Bezugnehmend
auf 7 folgt eine Erläuterung, wie der Generator
im Falle übermäßigen Drucks
PR arbeitet, der im Inneren des Brennraums 30 auftritt.
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Unter
derartigen Umständen
ist der Strömungsquerschnitt
der Öffnung 55 zu
klein, um genug des Gases durchzulassen, das abgegeben wird, um dem
Druck zu erlauben, auf einen geeigneten Wert im Inneren der Kammer 30 zurückzugelangen.
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Es
wird eine hohe Schubkraft bzw. -stärke auf den zentralen Abschnitt 51 der
dichtungsförmigen
Trennung 5 ausgeübt.
Dieser hohe Druck bewirkt, daß die
zentrale Zone in der Schwächungszone 52 bricht;
die durch dieses Brechen erzeugten Fremdkörper in Form von Blättchen unregelmäßiger Gestalt 540,
werden in das Innere der Ansaugkammer 40 vorragen und spezieller
in das Innere des rohrförmigen
Kondensators 4.
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Dadurch
ist der Gasströmungsquerschnitt plötzlich sehr
stark vergrößert; das
Gas entweicht daher durch diesen Durchgang großen Durchmessers, wie dies
durch Pfeile F' wiedergegeben
ist und verläßt darauffolgend
das Gehäuse über die
Auslaßlöcher 9,
wie dies durch die Pfeile G' wiedergegeben
ist und bläst
dabei den Airbag auf.
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Ein
Brechen des zentralen Abschnitts der inneren Trennung hat daher
die Wirkung eines ausreichenden Druckabbaus des Brennraums, um sicherzustellen,
daß die
Integrität
des Generators beibehalten bleibt.
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Das
Gehäuse 1 behält seine
allgemeine Form bei; keine Teile jeglicher Art stehen von dem Generator
heraus.
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Der
einzige durch das Brechen entstehende Fremdkörper wird abgefangen und im
Inneren des Kondensators 4 gefangen gelassen.
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Mit
der oben beschriebenen Trennung 5, erfolgt die Änderung
des Querschnitts recht plötzlich, und
zwar in Übereinstimmung mit
einem nahezu augenblicklichen Brechen der Schwächungszone der Dichtung.
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Mit
einer Trennung der in den 9 und 10 gezeigten
Art, ist das beobachtete Verhalten unterschiedlich.
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Die
Trennung besteht aus einer Dichtung 6, die im wesentlichen
dieselbe Ausgestaltung hat wie die oben beschriebene Dichtung 5.
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Sie
hat einen äußeren Abschnitt 60 und
einen zentralen Abschnitt 51 einer Dicke, die wesentlich
kleiner ist als die des äußeren Abschnitts 60,
wobei der Abschnitt 61 einen Rückversatz 600 definiert, der
vergleichbar ist mit dem Rückversatz 500,
wie er oben für
das erste Ausführungsbeispiel
angegeben wurde.
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Diese
Dichtung 6 unterscheidet sich von der Dichtung 5 im
wesentlichen durch die Tatsache, daß der zentrale Abschnitt 61 ebenfalls
konstante Dicke hat.
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Bezugszeichen 62 bezeichnet
die umfängliche
Zone des Abschnitts 61, wobei sie mit dem äußeren Abschnitt 60 verbunden
ist.
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Dieser
Abschnitt 61 ist durch ein zentrales Loch 65 durchstoßen, das
als Düse
wirkt.
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Die
Ausnehmung zum Crimpen der Dichtung im Inneren des Gehäuses ist
mit 66 bezeichnet. Andere Arten eines Crimpens können wahlweise
auch angedacht sein. Daher kann die Dichtung durch zwei Crimpbereiche,
einer oberhalb und der andere unterhalb der Dichtung, gehalten werden.
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Die
in den 12 und 13 gezeigte
Variante unterscheidet sich von der obigen Variante durch die Tatsache,
daß sie
nicht eine, sondern zwei Öffnungen
hat, die mit 65a und 65b bezeichnet werden. Diese
Variante wird mit 6' bezeichnet
und ihr äußerer und
zentraler Abschnitt werden mit 60' bzw. 61' bezeichnet, während ihre äußere Ausnehmung mit 66' bezeichnet
wird.
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In
dem gezeigten Beispiel besitzt eine der Öffnungen, insbesondere die Öffnung 65a,
einen Durchmesser, der größer als
der andere (65b) ist.
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Diese
Festlegung ist nicht wesentlich und beide Öffnungen könnten den gleichen Durchmesser haben.
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Von
den 14 und 15 und 14B–15D ist entnehmbar, wie die Deformation und das
Brechen des zentralen Abschnitts der Dichtung 6 im Falle übermäßigen Drucks
erfolgen.
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Die
Zunahme des Druckdifferentials, dem die Dichtung unterworfen wird,
beginnt anfänglich
durch ein konisches Deformieren des Abschnitts 61, wobei dies
mit 61A in den 14A und 15A bezeichnet wird.
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Die
winkelmäßige Ablenkung
dieses Abschnitts 61A relativ zu einer transversal verlaufenden Ebene
ist mit Bezugszeichen β in 15A bezeichnet.
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14B und 15B zeigen
einen darauffolgenden Zustand, der einer Zunahme dieses Winkels,
nun mit β' bezeichnet, entspricht
und kleinen Brüchen 650B,
die sich in dem Umfang der Öffnung 65 ausbilden.
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Natürlich hat
die durch diese Öffnung
definierte Öffnung,
bezeichnet mit 65A und 65B in den 14A und 15A und
in den
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14B und 15B einen
Abschnitt, der sich zunehmend vergrößert, wenn die Deformation zunimmt.
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Die 14C und 15C zeigen
einen noch weiter fortgeschrittenen Zustand mit einer Öffnung 65C noch
größeren Abschnitts,
und wobei die Brüche
bzw. Risse 650C zu dem umfänglichen Abschnitt 60 fortgeschritten
sind.
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Schließlich schert
in dem in den 14D und 15D gezeigten
Zustand das Material, wo die von den Brüchen getrennten Blättchen an
den Ring anschließen
und die Blättchen
gelangen heraus; die in das Innere der Ansaugkammer ausgeworfenen Fremdkörper werden
mit 610 in 15D bezeichnet.
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In 16 entspricht
der geradlinige Abschnitt C0 der Kurve dem
in den 14 und 15 gezeigten,
anfänglichen
Zustand, während
dem die Deformierung des Abschnitts 61 noch nicht begonnen
hat; der geradlinige Abschnitt C1 der Kurve
entspricht einer konischen Deformierung des Abschnitts 61 ohne
Auftreten von Brüchen
bzw. Rissen, d. h. in einem Zustand, der dem in den 14A und 15A gezeigten
entspricht.
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Schließlich entspricht
der geradlinige Abschnitt C2 Rissen, die
sich ausbilden und fortschreiten, bis ein Bruch bei dem Druck PR erfolgt.
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Die
in den 11A und 11B gezeigte, dichtungsförmige Trennung
ist ähnlich
der der 9 und 10, mit
der Ausnahme, daß ihr
zentraler Abschnitt 71 nicht von konstanter Dicke ist.
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Ihre
Dicke vergrößert sich
zunehmend, beispielsweise stetig, von der düsenförmigen bzw. -bildenden zentralen Öffnung 75 zu
dem äußeren umfänglichen
Abschnitt 70 großer
Weite.
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Die
Fläche 710 des
Abschnitts 71 an der Innenseite des Rückversatzes 700 ist
konisch oder leicht gekrümmt,
beispielsweise konkav.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
erfolgen die Deformierung und die Zunahme des Gasströmungsquerschnitts
stetiger als bei dem obigen Ausführungsbeispiel,
wobei die Ausbildung von Brüchen eher
verzögert
erfolgt aufgrund der Zunahme der Dicke des Materials, ausgehend
vom Zentrum in Richtung des Umfangs.
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Bezugszeichen 76 bezeichnet
die Ausnehmung bzw. Nut, die in dem äußeren Abschnitt 70 ausgebildet
ist, an den das Gehäuse
gecrimpt ist.
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In
der Kurve der 17 ist die Abszissenachse eine
Zeitachse, und in Millisekunden (ms) unterteilt, während die
Ordinatenachse eine Druckachse ist, die in Megapascal (MPa) unterteilt
ist.
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Die
Kurve J gibt den Druck P im Inneren des Brennraums wieder. Diese
Kurve beginnt bei einem Bereich J, dem in Richtung des Pfeils x_
gefolgt wird.
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Ist
der Generator nicht mit einem Sicherheitssystem in Übereinstimmung
mit der Erfindung ausgestattet, so ist die Kurve J natürlich um
den Kurvenabschnitt J' verlängert, der
in gestrichelten Linien gezeichnet ist.
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Es
ist erkennbar, daß sich
der Druck beachtlich und sehr schnell erhöht und einen Wert von etwa 100
MPa nach etwa 6 ms erreichen kann.
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Ein
derartiger Druck führt
unvermeidbar zu einem Brechen des Generators.
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Der
Punkt S0 auf der Kurve zeigt das Auftreten eines Sicherheitsvorgangs,
wie er mit Hilfe der Erfindung bewirkt wird und entspricht einem
Deformieren und/oder Brechen des zentralen Abstands der Dichtung.
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Beim
Erreichen des Punktes S0 (Öffnungsschwellwert)
ist erkennbar, daß der
Druck entsprechend dem Kurvenabschnitt J" schnell abfällt, der sich weiterzieht in
Richtung des Pfeils y, bis
der Druck zurück
auf Null abfällt.
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Der
Druck im Inneren des Generators ist daher auf einen Wert in der
Größenordnung
von 40 MPa bis 60 MPa beschränkt
und diesem kann durch die Struktur des Generators widerstanden werden.
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In
dem Diagramm der 18 entsprechen die Indizes M,
R und F jeweils den Begriffen "nominal", "Bruch" und "Fragmentierung".
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Der
Abschnitt rechter Hand des Diagramms zeigt drei Kurven, die Varianten
des Innendrucks Pi im Inneren des Brennraums
als Funktion der Zeit t_ entsprechen. Die Kurve fN entspricht
dem Normalbetrieb des pyrotechnischen Generators für einen
nominalen Druck PN und in Abwesenheit jeglichen
Fehlverhaltens des Generators.
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Es
ist erkennbar, daß der
Druck im wesentlichen konstant bleibt und ein Maximum PN über eine relativ
lange Zeitdauer erreicht, die dem Aufblasen des Airbags entspricht.
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Als
Angabe, liegt die erforderliche Zeit zum Aufblasen im allgemeinen
in dem Bereich von 30 ms bis 50 ms, etwa für einen Frontairbag.
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Die
Kurve fR entspricht einer Situation, in
welcher der Druck übermäßig und
abnormal für
einen Generator wird, der mit einem Sicherheitssystem in Übereinstimmung
mit der Erfindung ausgestattet ist.
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Es
ist erkennbar, daß der
Druck PR auf einen speziellen Wert gedeckelt
wird, der ausgewählt
wurde, um es dem zentralen Abschnitt der dichtungsförmigen Trennung
zu erlauben, sich zu deformieren und/oder zu brechen, jedoch ohne
das Risiko zu laufen, daß der
Generator explodiert.
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Die
Kurve fF zeigt die Situation, in welcher der übermäßige und
zufällige
Druck, der in dem Brennraum vorliegt, auf einen Wert PF ansteigt,
der sehr hoch ist, wenn der Generator nicht mit einem System gemäß der Erfindung
ausgestattet ist.
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In
Abwesenheit jeglicher Sicherheitsvorrichtung, erhöht sich
der Druck, bis der Generator explodiert oder bricht.
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Im
Abschnitt linker Hand der Fig., entspricht der Spalt ΔP der Sicherheitstoleranz,
die vorgesehen werden muß zwischen
dem Extradruckniveau PR, dem durch das Sicherheitssystem
genügt
wird und dem Extradruck PF, bei dem man
das Risiko eingeht, daß der
Generator bricht und beschädigt
wird.
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Die
fraglichen Werte können
bestimmt werden durch ein Einwirken auf die Dicke und die Gestalt des
deformierbaren und/oder zerbrechlichen zentralen Abschnitts und
auch auf den Durchmesser der Öffnung,
oder die Öffnungen,
der Düse(n),
die in dem zentralen Abschnitt ausgebildet ist (sind), sowie auch auf
die Anzahl derartiger Öffnungen.
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Obgleich
in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
eine Vorkehrung getroffen ist für
nur eine oder zwei Düsenöffnungen,
muß nicht
erwähnt werden,
daß in
Abhängigkeit
von der Anwendung eine andere Anzahl an Öffnungen vorgesehen sein kann.
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Beispielhaft
und unter Bezugnahme auf 8, sind die folgenden Abmessungen
für die
dichtungsförmige
Trennung 5 geeignet:
- – Außendurchmesser
De: 28 mm;
- – Innendurchmesser
Di des Abschnitts 50: 20 mm;
- – Dicke
E des ringförmigen
Abschnitts 50: 6,5 mm;
- – Dicke e des zentralen Abschnitts 54:
3 mm;
- – Durchmesser d der Öffnung der Düse 55:
etwa 7 mm;
- – die
Tiefe i der Ausnehmung 56:
1 mm;
- – der
Winkel α der
konischen Fläche
des Abschnitts 53, relativ zu der Ebene der Dichtung: 40°; und
- – die
minimale Dicke der Dichtung in ihrer Schwächungszone 52: etwa
1 mm.
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Die
dichtungsartige Trennung 5, 6 oder 7 ist vorteilhaft
aus einem einzigen Stück
hergestellt.
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Die
vorliegende Erfindung ist auch anwendbar auf einen pyrotechnischen
Gasgenerator mit mehr als einer pyrotechnischen Ladung und insbesondere
zwei unterschiedlichen pyrotechnischen Ladungen.
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Daher
kann sie beispielsweise angewendet werden bei einem Generator des
allgemeinen, in dem Dokument
EP
0 864 470 beschriebenen Typs, auf den je nach Notwendigkeit
Bezug genommen werden kann.
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Bei
einer derartigen Vorrichtung ist die Ansaugkammer in dem zentralen
Abschnitt des Gehäuses
angeordnet und sie ist von zwei Brennräumen geteilt über ein
Paar quer verlaufende Trennungen, die an ihren Enden sitzen, wobei
jeder Brennraum eine entsprechende pyrotechnische Ladung und einen
Zünder
aufnimmt.
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Jeder
der beiden Brennräume
kommuniziert mit der Ansaugkammer über eine Trennung, die eine düsenförmige bzw.
-bildende Öffnung
aufweist.
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Bei
einer Struktur dieser Art können
eine und/oder beide Trennungen vorteilhaft ersetzt werden durch
eine dichtungsförmige
Trennung der oben beschriebenen Art, um einen übermäßigen Druck zu vermeiden, der
zufällig
in einem und/oder dem anderen der beiden Brennräume auftritt.
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Das
Diagramm der 19 zeigt einen Generator dieses
Typs, der ein mit 1 bezeichnetes Gehäuse hat.
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Jeder
der beiden Brennräume 30, 30' steht in Verbindung
mit einem jeweiligen Zünder 2, 2'; die Trennungen 5, 5' trennen sie
von der mittleren (gemeinsamen) Ansaugkammer 40 über jeweilige
Düsen T
und T', die durch
die Trennungen verlaufen. Der Pfeil G gibt aus der Kammer 40 entweichendes heißes Gas
wieder.
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20 zeigt
eine Variante mit zwei Generatoren des in 6 gezeigten
Typs, die Kopf an Kopf auf derselben Achse montiert und über eine
mittlere Wand M getrennt sind. Jeder Generator besitzt seinen eigenen
Zünder 2, 2', seinen eigenen
Brennraum 30, 30' und
seine eigene Ansaugkammer 40, 40'. Die Räume bzw. Kammern können unabhängig voneinander
betrieben werden.
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In 21 sind
zwei Brennräume 30 und 30' vorgesehen,
von denen jeder in Verbindung steht mit einem jeweiligen Zünder 2 oder 2'. Diese beiden Räume sind
benachbart und über
eine Trennung 5 von einer einzelnen Ansaugkammer 40 getrennt.
Die Trennung 5 besitzt zwei Düsen T bzw. T', was eine Kommunikation
zwischen der Kammer 40 und jedem der Räume 30 bzw. 30' ermöglicht.
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In 22 sind
zwei Brennräume 30 und 30' Seite an Seite
angeordnet, von denen jeder in Verbindung steht mit einem jeweiligen
Zünder 2 oder 2'. Diese beiden
Räume sind
benachbart und über
eine Trennung 5 von einem Paar Brennräumen 40, 40' getrennt. Die
Trennung 5 besitzt zwei Düsen T und T', die eine Kommunikation zwischen jedem
der Räume 30 und 30' mit der entsprechenden
der Kammern 40 oder 40' liefert.
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In 23 ist
ein einzelner Brennraum 30 in Verbindung mit einem Zünder 2 gezeigt.
Er ist über eine
Trennung 5 von einem Paar Ansaugräumen 40, 40' getrennt. Die
Trennung 5 besitzt zwei Düsen T und T', die eine Kommunikation zwischen dem
Raum 30 und jeder der beiden Kammern 40 bzw. 40' liefern.
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In
den Varianten der kurz oben beschriebenen 19 bis 23 müssen die
verschiedenen Brennräume
und/oder Ansaugkammern nicht notwendigerweise die gleiche Form oder
die gleiche Kapazität
haben, wobei ihre Formen und Kapazitäten an spezielle Anwendungen
angepaßt
sind, für
die der Generator vorgesehen ist.