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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine aufblasbare Vorrichtung
zum Helfen beim Schützen
eines Fahrzeuginsassen im Falle eines seitlichen Aufpralls auf ein
Fahrzeug und/oder eines Fahrzeugüberschlags.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
ist bekannt eine aufblasbare Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung aufzublasen,
um zu helfen, einen Fahrzeuginsassen im Falle eines Fahrzeugzusammenstoßes zu schützen. Eine
spezielle Bauart einer aufblasbaren Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung
ist ein aufblasbarer Vorhang, der sich von benachbart zu dem Dach
des Fahrzeugs nach unten in dem Fahrgastraum aufbläst, zwischen
einem Fahrzeuginsassen und der Seitenstruktur des Fahrzeugs im Falle
eines Seitenaufpralls oder Überschlags.
Ein bekannter aufblasbarer Vorhang wird von einem unaufgeblasenen
Zustand durch Aufblasströmungsmittel
aufgeblasen, das von einer Aufblasvorrichtung durch ein Füllrohr bzw.
einen Füllschlauch
zu dem aufblasbaren Vorhang geleitet wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Seitenairbag zur Anbringung
im Dachrahmenbereich eines Kraftfahrzeugs. Der Seitenairbag weist einen
aufblasbaren Seitenvorhang und eine Aufblasvorrichtung mit gespeichertem
Helium zum Liefern von Heliumaufblasgas zum Aufblasen des Seitenvorhangs
auf. Die Aufblasvorrichtung ist frei von pyrotechnischem Material
zum Erwärmen
des Heliumaufblasgases. Des Weiteren weist der Seitenairbag ein Füllrohr mit
einem in dem Seitenvorhang gelegenen Teil auf zum Leiten des Heliumaufblasgases
in den Seitenvorhang, um diesen aufzublasen. Das Füllrohr verteilt
das Heliumaufblasgas gleichmäßig entlang der
Länge des
Seitenvorhangs, um eine gleichmäßige Unterdrucksetzung
des Sei tenvorhangs zu bewirken. Zum Erwärmen des Heliumaufblasgases
dient ebenfalls das Füllrohr,
derart daß das
Heliumaufblasgas in dem Seitenvorhang eine Temperatur entsprechend
der Umgebungstemperatur besitzt. Bevorzugte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorangegangenen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden einem Fachmann des Gebietes, auf das sich die vorliegende
Erfindung bezieht, beim Lesen der folgenden Beschreibung der Erfindung
offensichtlich werden, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen,
in denen zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht einer aufblasbaren Vorrichtung zum Helfen beim
Schützen
eines Insassen eines Fahrzeugs gemäß der vorliegen den Erfindung,
die die Vorrichtung in einem unaufgeblasenen Zustand darstellt;
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2 eine
schematische Ansicht der Vorrichtung der 1 in einem
aufgeblasenen Zustand;
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3 eine
Schnittansicht der Vorrichtung im allgemeinen entlang der Linie
3-3 der 2;
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4 eine
Schnittansicht der Vorrichtung im allgemeinen entlang der Linie
4-4 der 2;
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5 eine
schematische Ansicht eines Teils der Vorrichtung der 1;
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6 einen
Modellvorhang zum Simulieren der Leistung bzw. des Betriebs der
Vorrichtung der 1;
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7–8 Graphen,
die die Leistung des Modellvorhangs der 6 darstellen; 9 einen Modellvorhang
zum Simulieren der Leistung bzw. des Betriebs einer Vorrichtung ähnlich der
Vorrichtung der 6, wobei bestimmte Merkmale
weggelassen wurden;
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10–11 Graphen,
die die Leistung des Modellvorhangs der 9 darstellen;
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12 einen
Modellvorhang zum Simulieren der Leistung bzw. des Betriebs einer
Vorrichtung ähnlich
der Vorrichtung der 6, wobei bestimmte Merkmale
weggelassen und andere Merkmale hinzugefügt wurden; und
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13–14 Graphen,
die die Leistung des Modellvorhangs der 12 darstellen.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Repräsentativ
für die
vorliegende Erfindung hilft eine Vorrichtung 10, einen
Insassen eines Fahrzeugs 12 zu schützen. Wie in den 1 und 2 gezeigt
ist, umfaßt
die Vorrichtung 10 eine aufblasbare Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung
in Form eines aufblasbaren Vorhangs 14, der benachbart
zu der Seitenstruktur 16 des Fahrzeugs 12 und
einem Dach 18 des Fahrzeugs angebracht ist. Die Seitenstruktur 16 des
Fahrzeugs 12 umfaßt
Seitenfenster 20. Eine Aufblasvorrichtung 24 ist
in Strömungsmittelverbindung
mit dem aufblasbaren Vorhang 14 durch ein Füllrohr bzw.
einen Füllschlauch 22 verbunden.
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Das
Füllrohr 22 hat
einen ersten Teil 30 zum Aufnehmen von Strömungsmittel
von der Aufblasvorrichtung 24. Das Füllrohr 22 hat einen
zweiten Teil 32, der in dem aufblasbaren Vorhang 14 angeordnet
ist. Der zweite Teil 32 des Füllrohrs 22 hat eine
Vielzahl von Öffnungen
(in den 1 und 2 nicht
gezeigt), die Strömungsmittelverbindung
zwischen dem Füllrohr 22 und
dem aufblasbaren Vorhang 14 vorsehen.
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Die
Aufblasvorrichtung 24 enthält eine gespeicherte Menge
unter Druck stehenden Aufblasströmungsmittels
(nicht gezeigt) in Form eines Gases, um den aufblasbaren Vorhang 14 aufzublasen. Das
unter Druck stehende Aufblasströmungsmittel
ist vorzugsweise Helium, könnte
aber jedes beliebige andere geeignete Gas oder eine Kombination
von Gasen sein. Die Aufblasvorrichtung 24 könnte alternativ
eine Kombination von unter Druck stehendem Aufblasströmungsmittel
und zündbarem
Material zum Erwärmen
des Aufblasströmungsmittels
enthalten. Zum Beispiel könnte
die Aufblasvorrichtung 24 eine hybride Aufblasvorrichtung
sein, die ein gespeichertes Gas enthält, beispielsweise Argon, und
ein festes bzw. solides Treibmittel.
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Die
Vorrichtung 10 umfaßt
ein Gehäuse 26 (1),
das den aufblasbaren Vorhang 14 in einem unaufgeblasenen
Zustand lagert. Das Füllrohr 22, der
unaufgeblasene aufblasbare Vorhang 14 und das Gehäuse 26 haben
einen längsförmigen Aufbau
und erstrecken sich entlang des Fahrzeugdachs 18 und entlang
der Seitenstruktur 16 des Fahrzeugs 12 über den
Seitenfenstern 20. Das Dach 18 kann entweder ein
Standarddach sein, das fest an seinem Platz ist, oder ein konvertibles
bzw. Cabrio-Dach, das bewegt oder entfernt werden kann.
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Wie
am besten in 3 dargestellt ist, weist der
aufblasbare Vorhang 14 erste und zweite Zuschnitte 40 und 42 auf,
die in einer übereinanderliegenden
Weise angeordnet sind. Überlappende
Teile 44 der ersten und zweiten Zu schnitte 40 und 42 sind aneinander
durch Nähen
bzw. eine Naht 46 befestigt (2 und 3),
die sich entlang zumindest eines Teils des Umfangs 48 der
Zuschnitte erstreckt. Die überlappenden
Teile 44 könnten
alternativ durch Mittel wie beispielsweise dielektrisches Dichten
bzw. Verbinden, Ultraschallverkleben, Wärmeverbinden oder Klebemittel
befestigt sein. Der Umfang 48 wird zumindest teilweise
durch eine Oberkante 50 (2) des aufblasbaren
Vorhangs 14, eine entgegengesetzte Unterkante 52 des
Vorhangs, und Vorder- und Hinterkanten 54 und 56 des
Vorhangs definiert, die horizontal entlang der Ober- und Unterkanten
beabstandet sind. Der Umfang 48 definiert ein aufblasbares
Volumen 58 des aufblasbaren Vorhangs 14. Obwohl
die Ober- und Unterkanten 50 und 52 und die Vorder-
und Hinterkanten 54 und 56 als gerade Linien gezeigt
sind, könnten
die Ober- und Unterkanten kurvenförmig oder abgewinkelt sein.
Die Ober- und Unterkanten 50 und 52 können sich
daher schneiden und entweder eine oder beide der Vorder- und Hinterkanten 54 und 56 eliminieren.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird
der aufblasbare Vorhang 14 (3) aus einem Materialflächenglied
gebildet, das umgefaltet wird, um die übereinander liegenden ersten
und zweiten Zuschnitte 40 und 42 zu bilden. Es
wird von Fachleuten jedoch erkannt werden, daß der aufblasbare Vorhang 14 alternative
Aufbauformen haben könnte. Zum
Beispiel könnten
die ersten und zweiten Zuschnitte 40 und 42 aus
separaten Materialflächengliedern
gebildet werden, die in einer übereinanderliegenden
Weise angeordnet und aneinander durch eine Naht 46 befestigt
sind, die sich um den gesamten Umfang 48 der Zuschnitte
erstreckt. Die ersten und zweiten Zuschnitte 40 und 42 können ebenfalls um
ihre Umfänge
aneinandergewebt werden, um den aufblasbaren Vorhang 14 zu
bilden.
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Die
ersten und zweiten Zuschnitte 40 und 42 sind aus
einem Stoff aufgebaut, beispielsweise Nylon, der mit einem gasundurchlässigen Material überzogen
ist, beispielsweise Urethan oder Silikon. Der aufblasbare Vorhang 14 kann
daher einen im wesentlichen luftdichten Aufbau haben. Andere Materialien, beispielsweise
Elastomere, Plastikfilme oder Kombinationen daraus, können ebenfalls
verwendet werden, um den aufblasbaren Vorhang 14 aufzubauen. Die
ersten und zweiten Zuschnitte 40 und 42 können auch
aus ein- oder mehrlagigen Flächengliedern
aus Material gebildet werden.
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Wie
in 4 dargestellt ist, können die ersten und zweiten
Zuschnitte 40 und 42 miteinander durch bekannte
Mittel 60 verbunden werden, beispielsweise Nähen, dielektrisches
Verbinden, Ultraschallverkleben, Wärmeverbinden, Klebemittel, Fangbänder oder
das Zusammenweben der Zuschnitte, um einen nicht-aufblasbaren Bereich 62 in dem
aufblasbaren Volumen 58 (2) des aufblasbaren
Vorhangs 14 zu bilden. Ein solcher nicht-aufblasbarer Bereich 62 kann
in Bereichen entlang der Seitenstruktur 16 des Fahrzeugs 12 wünschenswert sein,
in denen Insassen wahrscheinlich nicht in Kontakt mit der Seitenstruktur
kommen. Dies kann helfen, die Menge Aufblasströmungsmittel zu verringern,
die erforderlich ist, um den aufblasbaren Vorhang 14 zu
füllen,
und die für
das Aufblasen des Vorhangs erforderliche Zeit zu verkürzen. Ein
solcher nicht-aufblasbarer Bereich 62 kann auch wünschenswert
sein, um zu helfen, die Dicke des aufblasbaren Vorhangs 14 zu
steuern und aufblasbare Kammern des Vorhangs zu definieren.
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Wie
in 2 dargestellt ist, ist der nicht-aufblasbare Bereich 62 im
allgemeinen rechteckig. Es wird von Fachleuten jedoch erkannt werden,
daß es für den nicht-aufblasbaren
Bereich 62 wünschenswert
sein könnte,
einen andersartigen Aufbau zu haben, abhängig von dem speziellen Design
bzw. der Gestaltung des aufblasbaren Vorhangs 14, der Form des
Fahrzeugs 12, in dem die Vorrichtung 10 eingebaut
wird, und die gewünschte
Form der aufblasbaren Teile) des Vorhangs. Zum Beispiel könnte der aufblasbare
Bereich 62 aus linearen Verbindungen bestehen, so daß die Zuschnitte
entlang gerader oder kurvenförmiger
Linien verbunden werden, Verbindungsbereichen, so daß die Vorhangzuschnitte
in Bereichen miteinander verbunden werden, die durch gerade oder
kurvenförmige
Grenzen definiert werden, oder einer Kombination aus linearen Verbindungen
und Bereichsverbindungen.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel hilft
der nicht-aufblasbare Bereich 62, aufblasbare Vorder- und
Hinterteile 64 bzw. 66 des aufblasbaren Volumens 58 des
aufblasbaren Vorhangs 14 zu definieren. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel sind
die Vorder- und Hinterteile 64 und 66 in Strömungsmittelverbindung
miteinander durch Durchlässe 68 verbunden,
die sich entlang der Ober- und Unterkanten 50 und 52 des
aufblasbaren Vorhangs 14 zwischen den entsprechenden Ober-
und Unterkanten und dem nichtaufblasbaren Bereich 62 erstreckt. Die
Vorder- und Hinterteile 64 und 66 können jedoch nicht
in Strömungsmittelverbindung
miteinander verbunden sein. Wenn der aufblasbare Vorhang aufgeblasen
wird, wird der Vorderteil 64 vorne in dem Fahrzeug 12 positioniert,
zwischen der Seitenstruktur 16 des Fahrzeugs und beliebigen
vorne in dem Fahrzeug sitzenden Insassen. Der aufgeblasene Hinterteil 66 wird
hinten in dem Fahrzeug 12 positioniert, zwischen der Seitenstruktur 16 des
Fahrzeugs und beliebigen hinten in dem Fahrzeug sitzenden Insassen.
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Das
Fahrzeug 12 umfaßt
einen Sensormechanismus 70 (schematisch in den 1 und 2 gezeigt)
zum Abfühlen
eines Seitenaufpralls auf das Fahrzeug 12 und/oder eines Überschlags
des Fahrzeugs 12. Der Sensormechanismus 70 betätigt die Aufblasvorrichtung 24 ansprechend
auf das Abfühlen eines
Seitenaufpralls oder eines Fahrzeugüberschlags. Im Falle eines Überschlags
des Fahrzeugs 12 oder eines Seitenaufpralls auf das Fahrzeug
von einer Größe über einem
vorbestimmten Schwellenwert, liefert der Sensormechanismus 70 ein
elektrisches Signal über
Leitungsdrähte 72 an
die Aufblasvorrichtung 24. Das elektrische Signal bewirkt,
daß die
Aufblasvorrichtung 24 in einer bekannten Weise betätigt wird.
Die Aufblasvorrichtung 24 gibt Strömungsmittel unter Druck in
das Füllrohr 22 ab.
Das Füllrohr 22 leitet
das Strömungsmittel
in den aufblasbaren Vorhang 14.
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Der
aufblasbare Vorhang 14 bläst sich unter dem Druck des
Aufblasströmungsmittels
von der Aufblasvorrichtung 24 auf. Das Gehäuse 26 (1) öffnet sich
und der aufblasbare Vorhang 14 (2) bläst sich
weg vom Dach 18 in einer Abwärtsrichtung auf, wie in den
Zeichnungen gezeigt ist, und in einer Abwärtsrichtung in Bezug auf die
Richtung der Vorwärtsbewegung
des Fahrzeugs 12 in die in 2 dargestellte
Position.
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Der
aufblasbare Vorhang 14 erstreckt sich aufgeblasen entlang
der Seitenstruktur 16 des Fahrzeugs 12 und ist
zwischen der Seitenstruktur und einem beliebigen Insassen des Fahrzeugs
positioniert. Wenn sich der aufblasbare Vorhang 14 in dem
aufgeblasenen Zustand befindet, ist der erste Zuschnitt 40 benachbart
zu der Seitenstruktur 16 des Fahrzeugs 12 positioniert.
Die Oberkante 50 des aufblasbaren Vorhangs 14 ist
benachbart zum Schnittpunkt des Dachs 18 und der Seitenstruktur 16 des
Fahrzeugs 12 positioniert. Die Vorderkante 54 des
aufblasbaren Vorhangs 14 ist benachbart zu einer A-Säule 80 des Fahrzeugs 12 positioniert.
Die Hinterkante 56 des aufblasbaren Vorhangs 14 ist
benachbart zu einer C-Säule 82 des
Fahrzeugs 12 positioniert. Der aufblasbare Vorhang 14 erstreckt
sich zwischen der A-Säule 80 und
der C-Säule 82 des
Fahrzeugs 12 und liegt über
zumindest einem Teil der A-Säule, C-Säule und
einer B-Säule 84 des
Fahrzeugs.
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Es
wird von Fachleuten erkannt werden, daß der aufblasbare Vorhang alternative
Aufbauformen haben könnte.
Zum Beispiel erstreckt sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
der aufblasbare Vorhang 14 zwischen der A-Säule 80 und der C-Säule 82 des
Fahrzeugs 12. Der aufblasbare Vorhang 14 könnte sich
jedoch nur zwischen der A-Säule 80 und der
B-Säule 84 oder
nur zwischen der B-Säule
und der C-Säule 82 erstrecken.
Ebenfalls könnte
sich der aufblasbare Vorhang 14 aufgeblasen zwischen der A-Säule 80 und
einer D-Säule 86 des
Fahrzeugs 12 erstrecken.
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Der
aufblasbare Vorhang 14 hilft aufgeblasen, einen Fahrzeuginsassen
im Falle eines Fahrzeugüberschlags
oder eines Seitenaufpralls auf das Fahrzeug 12 zu schützen. Der
nicht-aufblasbare Teil 62 hilft, die Dicke des aufgeblasenen
aufblasbaren Vorhangs 14 zu begrenzen und hilft, das Gesamtvolumen
des Vorhangs zu verringern. Die Vorder- und Hinterteile 64 und 66 helfen
aufgeblasen, die Energie von Aufprallen auf den aufblasbaren Vorhang 14 zu absorbieren
und helfen, die Aufprallsenergie über eine große Fläche des
Vorhangs zu verteilen. Die Durchlässe 68 helfen ebenfalls,
die Aufprallsenergie über
eine große
Fläche
des aufblasbaren Vorhangs 14 zu verteilen, indem sie es
Strömungsmittel
erlauben, sich zwischen den Vorder- und Hinterteilen 64 und 66 bei
Aufprallen auf den Vorhang zu bewegen.
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Wenn
der aufblasbare Vorhang 14 aufgeblasen ist, ist es wünschenswert,
daß das
Aufblasströmungsmittel
in dem Vorhang auf einem gewünschten Druck
gehalten wird, um zu helfen, zu verhindern, daß Fahrzeuginsassen durch den
Vorhang durchdringen. Mit „Durchdringen" ist gemeint, daß der Druck
des Aufblasströmungsmittels
in dem aufblasbaren Vorhang nicht ausreichend ist, um zu verhindern,
daß ein
Insasse die ersten und zweiten Zuschnitte beim Aufprallen auf den
Vorhang zusammenbewegt, und der Insasse daher im wesentlichen auf
die Seitenstruktur 16 des Fahrzeugs 12 prallt.
Der gewünschte
Druck ist vorzugsweise zwischen 48–62 Kilopascal. Der gewünschte Druck
kann jedoch höher
oder niedriger sein, abhängig
von Faktoren wie beispielsweise dem Volumen des aufblasbaren Vorhangs 14 und
der Dicke des Vorhangs, wenn er aufgeblasen ist.
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Der
aufblasbare Vorhang 14 bläst sich vorzugsweise innerhalb
von 20–30
Millisekunden auf. Um den gewünschten
Druck in dem aufblasbaren Vorhang 14 zu erreichen, wenn
der Vorhang aufgeblasen wird, muß die Aufblasvorrichtung eine
gegebene Menge von Aufblasströmungsmittel
gemäß dem Volumen
des Vorhangs liefern. Eine bevorzugte Aufblasvorrichtung 24 ist
eine Aufblasvorrichtung mit gespeichertem Gas, die komprimiertes
Helium bei ungefähr
6250 psig enthält.
Um den gewünschten Druck
in einem aufblasbaren Vorhang zu erreichen, der ein Volumen hat,
das sich zwischen 12–50
Litern bewegt, muß die
bevorzugte Aufblasvorrichtung zwischen 0,7–3,3 Mol Heliumgas liefern.
Zum Beispiel kann ein Vorhang mit einem Volumen von ungefähr 27 Litern
ungefähr
2,2 Mol Heliumgas erfordern, um einen gewünschten Aufblasdruck zu erreichen.
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Es
ist ebenfalls wünschenswert,
daß sich
die Vorder- und Hinterteile 64 und 66 des aufblasbaren Vorhangs 14 gleichmäßig weg
vom Dach 18 aufblasen, zwischen den Vorder- und Hinterteilen 64 und 66 entlang
der Länge
des Vorhangs. Es ist weiterhin wünschenswert,
daß der
Druck und die Temperatur des Aufblasströmungsmittels in dem Vorderteil 64 des
aufblasbaren Vorhangs 14 gleich dem Druck bzw. der Temperatur
des Aufblasströmungsmittels
in dem Hinterteil 66 des aufblasbaren Vorhangs zu einem
gegebenen Zeitpunkt während
des Aufblasens des Vorhangs sind. Idealerweise würden die Temperatur und der
Druck des Aufblasströmungsmittels nicht
variieren, zu einer beliebigen Zeit während des Aufblasens des Vorhangs 14 entlang
der Länge
des Vorhangs. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist daher das Füllrohr 22 derart
aufgebaut, daß sich
der aufblasbare Vorhang 14 im allgemeinen gleichmäßig zwischen
den Vorder- und Hinterteilen 64 und 66 entlang
der Länge
des Vorhangs aufbläst.
Das Füllrohr 22 ist
auch derart aufgebaut, daß das
Aufblasströmungsmittel
in dem Vorhang 14 eine im allgemeinen gleiche Temperatur
und einen im allgemeinen gleichen Druck in den Vorder- und Hinterteilen 64 und 66 entlang
der Länge
des Vorhangs hat, zu einem beliebigen Zeitpunkt während des
Aufblasens des Vorhangs.
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Wie
in 5 dargestellt ist, umfaßt der zweite Teil 32 des
Füllrohrs 22 eine
Vielzahl von Auslaßöffnungen 100,
die entlang der Länge
des zweiten Teils des Füllrohrs
beabstandet sind. Die Auslaßöffnungen 100 sind
in Gruppen von Öffnungen 102 angeordnet,
von denen jede eine vorbestimmte Anzahl von Öffnungen umfaßt, die
entlang einer Linie beabstandet sind, die sich entlang eines Teils
der Länge des
Füllrohrs 22 erstreckt.
Die Gruppen von Öffnungen 102 sind
um einen vorbestimmten Abstand voneinander entlang der Länge des
Füllrohrs 22 beabstandet.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat
das Füllrohr 22 vorzugsweise
einen Außenseitendurchmesser
von ungefähr
15,875 Millimeter und eine Wanddicke von ungefähr 0,71 Millimeter. Die Auslaßöffnungen 100 sind
vorzugsweise durchgestochene Löcher
mit einem Durchmesser im Bereich von ungefähr 7,0–9,0 Millimeter. Die Auslaßöffnungen 100 können jedoch
eine unterschiedliche Geometrie haben, um einen gewünschten
Effekt zu erzielen, beispielsweise das Leiten des Aufblasströmungsmittels
in eine be stimmte Richtung von dem Füllrohr 22. Die Auslaßöffnungen 100 in
jeder der Gruppen von Öffnungen 102 sind
voneinander um ungefähr
12,0 Millimeter von Mitte zu Mitte beabstandet.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt eine
erste Gruppe von Öffnungen 110 drei Auslaßöffnungen 100.
Die erste Gruppe von Öffnungen 110 ist
um einen bei 112 angezeigten Abstand von der Aufblasvorrichtung 24 beabstandet.
Der Abstand 112 beträgt
vorzugsweise ungefähr
490 Millimeter. Eine zweite Gruppe von Öffnungen 120 umfaßt fünf Auslaßöffnungen 100.
Die zweite Gruppe von Öffnungen 120 ist
um einen bei 122 angezeigten Abstand von der ersten Gruppe
von Öffnungen 110 beabstandet.
Der Abstand 122 beträgt
vorzugsweise ungefähr
144 Millimeter. Eine dritte Gruppe von Öffnungen 130 umfaßt acht
Auslaßöffnungen 100.
Die dritte Gruppe von Öffnungen 130 ist
um einen bei 132 angezeigten Abstand von der zweiten Gruppe
von Öffnungen 120 beabstandet.
Der Abstand 132 beträgt
vorzugsweise ungefähr
485 Millimeter. Eine vierte Gruppe von Öffnungen 140 umfaßt acht
Auslaßöffnungen 100.
Die vierte Gruppe von Öffnungen 140 ist
um einen bei 142 angezeigten Abstand von der dritten Gruppe
von Öffnungen 130 beabstandet. Der
Abstand 142 beträgt
vorzugsweise ungefähr
85 Millimeter. Es wird jedoch von Fachleuten erkannt werden, daß die Anzahl
der Gruppen von Öffnungen 102,
die Anzahl von Öffnungen 100 in
jeder Gruppe und die Beabstandung der Gruppen variieren können, abhängig von
dem Aufbau des aufblasbaren Vorhangs 14. Zum Beispiel können in
einem aufblasbaren Vorhang 14, der sich zwischen den A-
und B-Säulen 80 und 84 erstreckt,
weniger Gruppen von Öffnungen 102 und
weniger Auslaßöffnungen 100 in den
Gruppen vorhanden sein. Umgekehrt können in einem Vorhang, der
sich zwischen den A- und D-Säulen 80 und 86 erstreckt,
mehr Gruppen von Öffnungen 102 und
mehr Auslaßöffnungen 100 in
den Gruppen vorhanden sein.
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Die
Abstände
zwischen den Gruppen von Öffnungen 102 und
der Anzahl der Auslaßöffnungen 100 in
jeder Gruppe von Öffnungen
werden vorbestimmt, um zu helfen sicherzustellen, daß die Vorder- und
Hinterteile 64 und 66 des aufblasbaren Vorhangs 14 gleichmäßig entlang
der Länge
des Vorhangs aufgeblasen werden. Wie in 5 dargestellt
ist, hat der Hinterteil 66 ein kleineres Volumen als der
Vorderteil 64. Das Aufblasströmungsmittel wird in den Hinterteil 64 durch
die erste Gruppe von Öffnungen 110 geleitet.
Die Anzahl und Beabstandung der Auslaßöffnungen 100 in der
ersten Gruppe von Öffnungen 110 sind
vorbestimmt, so daß das
Volumen Aufblasströmungsmittel,
das in den Hinterteil 66 geliefert wird, den Hinterteil
auf einen gewünschten
Druck innerhalb einer gewünschten
Zeit aufbläst.
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Der
Vorderteil 64 des aufblasbaren Vorhangs 14 hat
ein bedeutend größeres Volumen
als der Hinterteil 66. Daher muß das Volumen Aufblasströmungsmittel,
das in den Vorderteil 66 geliefert wird, bedeutend größer sein
als das Volumen, das in den Hinterteil 64 geliefert wird.
Die Anzahl und Beabstandung der Auslaßöffnungen 100 in den
zweiten, dritten und vierten Gruppen von Öffnungen 120, 130 und 140 wird
vorbestimmt, so daß das
Volumen Aufblasströmungsmittel,
das in den Vorderteil 64 geliefert wird, den Vorderteil
auf den gleichen gewünschten Druck
innerhalb der gleichen Zeit aufbläst wie den Hinterteil 66.
Dies hilft sicherzustellen, daß sich
die Vorder- und Hinterteile 64 und 66 gleichmäßig entlang
der Länge
des aufblasbaren Vorhangs 14 aufblasen werden.
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Während des
Aufblasens des aufblasbaren Vorhangs 14 ist die Massenströmungsrate
bzw. -geschwindigkeit von Aufblasströmungsmittel von der Aufblasvorrichtung 24 zu
dem Vorhang konstant. Wenn die Aufblasvorrichtung 24 betätigt wird,
gibt es eine große
Druckdifferenz zwischen dem komprimierten Aufblasströmungsmittel
in der Aufblasvorrichtung und dem Gas, das sich in dem Füllrohr 22 befindet.
Infolgedessen beschleunigt das Aufblasströmungsmittel von der Aufblasvorrichtung 24 in
das Füllrohr 22,
wobei es eine Überschallgeschwindigkeit erreicht.
Wenn es in dem Füllrohr 22 ist,
verlangsamt sich das Aufblasströmungsmittel
auf eine Geschwindigkeit unter Überschallgeschwindigkeit,
während sich
Druck in dem Füllrohr
aufbaut. Wenn der Druck in dem Füllrohr 22 steigt,
wird eine große
Druckdifferenz zwischen dem Rohr und dem aufblasbaren Vorhang 14 erzeugt.
Dies bewirkt, daß das
Aufblasströmungsmittel
eine Überschallgeschwindigkeit
erreicht, wenn das Strömungsmittel
durch die Auslaßöffnungen 100 in
den aufblasbaren Vorhang 14 eintritt.
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Wenn
das Aufblasströmungsmittel
eine Überschallgeschwindigkeit
erreicht, wenn es in das Füllrohr 22 von
der Aufblasvorrichtung 24 eintritt, wird eine Schockwelle
erzeugt, die sich nach vorne und hinten entlang der Länge des
Rohrs fortpflanzt. Wenn sich die Schockwelle entlang dem Füllrohr 22 fortpflanzt,
können
Strömungsmitteltemperaturen
am Ende des Rohrs Maximaltemperaturen im Bereich von 1000–1750 Grad
Kelvin erreichen. Diese hohen Strömungsmitteltemperaturen sind
ein Ergebnis adiabatischer Kompressionserwärmung von Luft, die sich in
dem Füllrohr 22 vor
der Betätigung
der Aufblasvorrichtung 24 befindet, und isentropischer
Erwärmung
der Helium- und-Gas-Mischung,
wenn die Schockwelle durch die Strömungsmittelmedien in dem Rohr
geht. Auch wenn das Aufblasströmungsmittel
durch das Füllrohr 22 geht,
gewinnt das Strömungsmittel
thermodynamisch an Wärme
von dem Rohr, was zu höheren
Drücken
in dem aufblasbaren Vorhang 14 für eine gegebene Menge von Aufblasströmungsmittel
führt.
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Wenn
das Aufblasströmungsmittel
in den aufblasbaren Vorhang 14 eintritt, kühlt das
Strömungsmittel
schnell auf eine Temperatur gerade über der Umgebungstemperatur
ab. Dies hilft sicherzustellen, daß der gewünschte Druck des Aufblasströmungsmittels
in dem aufblasbaren Volumen 58 des aufblasbaren Vorhangs 14 erhalten
wird. Die Temperatur des Aufblasströmungsmittels in dem aufblasbaren
Vorhang 14, die gerade über
der Umgebungstemperatur ist, wird weniger anfällig für Druckverlust aufgrund von
thermodynamischem Wärmeverlust sein.
Wenn zum Beispiel das Aufblasströmungsmittel in
dem aufblasbaren Vorhang 14 sich auf einer deutlich höheren Temperatur
als die Umgebungstemperatur befände,
würde der
Aufblasströmungsmitteldruck
in dem Vorhang sinken, wenn das Strömungsmittel abgekühlt wird.
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Beim
Bestimmen der Abstände
zwischen den Gruppen von Öffnungen 102 und
der Anzahl von Auslaßöffnungen 100 in
jeder Gruppe von Öffnungen,
werden Fachleute erkennen, daß es
wünschenswert
ist, die Leistung bzw. den Betrieb einer vorgeschlagenen Konstruktion
mit einem aufblasbaren Vorhang 14 und einem Füllrohr 22 zu
simulieren. Dies kann erreicht werden, indem ein computererzeugtes
Modell geschaffen wird, das es erlaubt, den Betrieb der Vorhang/Füllrohr-Konstruktion
an verschiedenen Stellen in dem Vorhang zu überwachen. Die Verwendung eines
computererzeugten Modells erlaubt außerdem, daß das Design bzw. die Gestaltung
wiederholt ausgewertet und modifiziert wird, um die gewünschte Leistung
zu erreichen. Eine Bauart eines solchen computererzeugten Modells
ist ein zweidimensionales Computer-Strömungsmitteldynamik(CFD)-Modell.
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Unter
Verwendung von zweidimensionalem CFD-Modellieren wird der in den 1–5 dargestellte
dreidimensionale Vorhang 14 von dem in 6 dargestellten
Modellvorhang 150 modelliert. Der Modellvorhang 150 ist
gestaltet, um einen Vorhang zu modellieren, der ein Volumen von
ungefähr 27
Litern hat, und eine Aufblasvorrichtung 152, die ungefähr 2,2 Mol
komprimierten Heliums enthält.
Der Modellvorhang umfaßt
auch ein Füllrohr 154 und
einen nicht-aufblasbaren Teil 156. Der nicht-aufblasbare
Vorhang 156 teilt ein aufblasbares Volumen 160 des
Modellvorhangs 150 in einen Vorderteil 162 und einen
Hinterteil 164. Die Lagen der ersten, zweiten, dritten
und vierten Gruppen von Öffnungen
in dem Füllrohr 154 des
Modellvorhangs 150 sind bei 170 bzw. 172 bzw. 174 bzw. 176 gezeigt.
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Die
Verwendung des zweidimensionalen CFD-Modells erlaubt es, den Druck
und die Temperatur des Aufblasströmungsmittels an Stellen in
dem Modellvorhang während
des Aufblasens des Modellvorhangs zu überwachen. Wie in 6 dargestellt ist,
werden der Druck und die Temperatur des Aufblasströmungsmittels
in dem Hinterteil 164 an ersten und zweiten Stellen 180 bzw. 182 überwacht.
Der Druck und die Temperatur des Aufblasströmungsmittels werden in dem
Vorderteil 162 an dritten und vierten Stellen 184 bzw. 186 überwacht.
Der Druck und die Temperatur des Aufblasströmungsmittels während des
Aufblasens des Modellvorhangs 150 können daher aufgezeichnet werden,
um die Leistung der Konstruktion auszuwerten, für die das Modell entwickelt
wurde.
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7 und 8 stellen
die Leistung des Modellvorhangs 150 dar, der gemäß der Darstellung der 6 konstruiert
ist. 7 stellt den Druck des Aufblasströmungsmittels
während
des Aufblasens des Modellvorhangs 150 dar. Die durchgezogene
Linie 200 stellt den Druck in dem Vorderteil 162 des Modellvorhangs 150 dar,
der durch die Durchschnittsbildung von an den Stellen 184 und 186 genommenen
Ablesungen gemessen wurde. Die gestrichelte Linie 202 stellt
den Druck in dem Hinterteil 164 des Modellvorhangs 150 dar,
der durch die Durchschnittsbildung von an den Stellen 180 und 182 genommenen
Ablesungen gemessen wurde. Wie in 7 gezeigt
ist, gibt es eine Differenz von ungefähr 25–50 Kilopascal zwischen dem
Druck des Aufblasströmungsmittels
in dem Vorderteil 162 des Modellvorhangs 150 und
dem Druck des Aufblasströmungsmittels
in dem Hinterteil 164 des Modellvorhangs während der
ersten acht bis zehn Millisekunden der Aufblaszeit. Anschließend gleichen
sich die Drücke in
den Vorder- und Hinterteilen 162 und 164 an. Daher
ist der Druck des Aufblasströmungsmittels
in den Vorder- und Hinterteilen 162 und 164 des
Vorhangs 150 im allgemeinen der gleiche zu einer beliebigen gegebenen
Zeit während
des Aufblasens des Vorhangs.
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8 stellt
die Temperatur des Aufblasströmungsmittels
während
des Aufblasens des Modellvorhangs 150 dar. Die durchgezogene
Linie 210 stellt die Temperatur in dem Vorderteil 162 des
Modellvorhangs 150 dar, die durch die Durchschnittsbildung von
an den Stellen 184 und 186 genommenen Ablesungen
gemessen wurde. Die gestrichelte Linie 212 stellt die Temperatur
in dem Hinterteil 164 des Modellvorhangs 150 dar,
die durch die Durchschnittsbildung von an den Stellen 180 und 182 genommenen Ablesungen
gemessen wurde. Wie in 8 gezeigt ist, gibt es nur eine
Differenz von ungefähr
25–125 Grad
Kelvin zwischen der Temperatur des Aufblasströmungsmittels in dem Vorderteil 162 des
Modellvorhangs 150 und der Temperatur des Aufblasströmungsmittels
in dem Hinterteil 164 des Modellvorhangs während der ersten
fünf Millisekunden
der Aufblaszeit. Anschließend
befinden sich die Temperaturen in den Vorder- und Hinterteilen 162 und 164 innerhalb
von ungefähr
20 Grad Kelvin. Daher ist die Temperatur des Aufblasströmungsmittels
im allgemeinen die gleiche in den Vorder- und Hinterteilen 162 und 164 des
Modellvorhangs 150 zu einer beliebigen gegebenen Zeit während des
Aufblasens des Vorhangs.
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9 stellt
einen Modellvorhang 250 dar, der nach einer aufblasbaren
Vorhangkonstruktion modelliert wurde, die in der Technik bekannt
ist. Der Modellvorhang 250 hat die gleichen Charakteristika wie
der Modellvorhang 150 (6), außer daß das Füllrohr 22 bei
dem Modellvorhang 250 (9) weggelassen
wurde und Aufblasströmungsmittel
durch eine Aufblasvorrichtung 252 direkt in den Vorhang geleitet
wird. Daher geht das Aufblasströmungsmittel von
einem Hinterteil 254 des Modellvorhangs 250 zu einem
Vorderteil 260 des Vorhangs durch Durchlässe 256,
die benachbart zu einem nichtaufblasbaren Bereich 258 des
Vorhangs sind. 10 und 11 stellen
die Leistung des Modellvorhangs 250 dar.
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10 stellt
den Druck des Aufblasströmungsmittels
während
des Aufblasens des Modellvorhangs 250 dar. Die durchgezogene
Linie 262 stellt den Druck in dem Vorderteil 260 des
Modellvorhangs 250 dar. Die gestrichelte Linie 264 stellt
den Druck in dem Hinterteil 254 des Modellvorhangs 250 dar.
Wie in 10 gezeigt ist, gibt es eine
große
Differenz, bis zu ungefähr
250 Kilopascal, zwischen dem Druck des Aufblasströmungsmittels
in dem Vorderteil 260 des Modellvorhangs und dem Druck
des Aufblasströmungsmittels
in dem Hinterteil 254 des Modellvorhangs während der
ersten 12–15
Millisekunden der Aufblaszeit. Anschließend wird der Druck in den
Vorder- und Hinterteilen 260 und 254 gleich bzw.
gleicht sich an.
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11 stellt
die Temperatur des Aufblasströmungsmittels
in Abhängigkeit
von der Zeit dar. Die durchgezogene Linie 266 stellt die
Temperatur in dem Vorderteil 260 des Modellvorhangs 250 während des
Aufblasens des Modellvorhangs dar. Die gestrichelte Linie 268 stellt
die Temperatur in dem Hinter teil 254 des Modellvorhangs 250 während des Aufblasens
des Modellvorhangs dar. Wie in 10 gezeigt
ist, gibt es eine große
anfängliche
Differenz zwischen der Temperatur des Aufblasströmungsmittels in dem Hinterteil 254 und
der Temperatur des Aufblasströmungsmittels
in dem Vorderteil 260. Das Aufblasströmungsmittel in dem Hinterteil 254 springt anfänglich hoch
auf 800 Grad Kelvin und sinkt auf 225–275 Grad Kelvin. Das Aufblasströmungsmittel
in dem Vorderteil 260 springt anfänglich hoch auf 400 Grad Kelvin
und sinkt auf 260 Grad Kelvin in den ersten zwei Millisekunden,
nach denen die Temperatur graduell auf 225–275 Grad Kelvin absinkt. Das
Aufblasströmungsmittel
in dem Vorderteil 260 springt anfänglich hoch auf 400 Grad Kelvin
und sinkt auf 260 Grad Kelvin in den ersten zwei Millisekunden,
nach denen die Temperatur langsam nach oben auf 450–500 Grad
Kelvin ansteigt. Es sei bemerkt, daß nach den ersten ungefähr 6 Millisekunden
des Aufblasens die Temperaturdifferenz zwischen den Vorder- und
Hinterteilen zunimmt, und von 10 Millisekunden bis 50 Millisekunden
zumindest 100 Grad Kelvin beträgt
und bis über
275 Grad Kelvin.
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12 stellt
einen Modellvorhang 350 dar, der nach einer weiteren Konstruktion
eines aufblasbaren Vorhangs modelliert ist, die in der Technik bekannt
ist. Der Modellvorhang 350 hat die gleichen Charakteristika
wie der Modellvorhang 150 (6), außer daß das Füllrohr 22 bei
dem Modellvorhang 250 (9) weggelassen
wurde und Aufblasströmungsmittel
durch einen Stoffschlauch 352 in den Vorhang geleitet wird,
der aus dem Vorhangsmaterial konstruiert ist und sich von dem Vorhang
zu einer Aufblasvorrichtung 354 erstreckt. Der Schlauch 352 hat
einen Durchmesser von ungefähr
drei Zoll. Das Aufblasströmungsmittel
strömt
von der Aufblasvorrichtung 354 durch den Schlauch 352 und
in einen Hinterteil 356 des Modellvorhangs 350.
Das Aufblasströmungsmittel
strömt
dann durch Durchlässe 358 benachbart
zu einem nicht-aufblasbaren Bereich 360 des Vorhangs in
einen Vorderteil 362 des Vorhangs. 13 und 14 stellen
die Leistung des Modellvorhangs 350 dar.
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13 stellt
den Druck des Aufblasströmungsmittels
während
des Aufblasens des Modellvorhangs 350 dar. Die durchgezogene
Linie 364 stellt den Druck in dem Vorderteil 362 des
Modellvorhangs 350 dar. Die gestrichelte Linie 366 stellt
den Druck in dem Hinterteil 356 des Modellvorhangs 350 dar.
Wie in 13 gezeigt ist, ist der Druck
des Aufblasströmungsmittels
in dem Hinterteil 356 zwischen ungefähr 50–75 Kilopascal höher als
der Vorderteil 362 des Modellvorhangs 350 während der
ersten 3–4
Millisekunden der Aufblaszeit. Anschließend ist der Druck der gleiche
wie in den Vorder- und Hinterteilen 362 und 356 für einen
Moment, d.h. die Linien 364 und 366 kreuzen sich.
Der Druck in dem Vorderteil 362 wird dann ungefähr 20–60 Kilopascal
größer als der
Druck in dem Hinterteil 356 bis ungefähr 20 Millisekunden, wenn die
Drücke
im allgemeinen gleich werden.
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14 stellt
die Temperatur des Aufblasströmungsmittels
während
des Aufblasens des Modellvorhangs 350 dar. Die durchgezogene
Linie 368 stellt die Temperatur in dem Vorderteil 362 des
Modellvorhangs 350 dar. Die gestrichelte Linie 370 stellt
die Temperatur in dem Hinterteil 356 des Modellvorhangs 350 dar.
Wie in 14 gezeigt ist, gibt es eine große anfängliche
Differenz zwischen der Temperatur des Aufblasströmungsmittels in dem Hinterteil 356 des
Modellvorhangs 350 und der Temperatur des Aufblasströmungsmittels
in dem Vorderteil 362. Die Temperatur des Aufblasströmungsmittels
in dem Hinterteil 356 springt anfänglich hoch auf ungefähr 800 Grad
Kelvin und sinkt auf ungefähr
400 Grad Kelvin nach unten in den ersten zwei Millisekunden, nach denen
die Temperatur graduell auf 220–280
Grad Kelvin absinkt. Die Temperatur des Aufblasströmungsmittels
in dem Vorderteil springt anfänglich hoch
auf ungefähr
520 Grad Kelvin und sinkt nach unten auf ungefähr 480 Grad Kelvin in den ersten
drei Millisekunden, nach denen die Temperatur hoch auf ungefähr 575 Grad
Kelvin springt und bei ungefähr 550
Grad Kelvin abnimmt. Es sei bemerkt, daß, nach den ersten ungefähr 2 Millisekunden
des Aufblasens, die Temperaturdifferenz zwischen den Vorder- und Hinterteilen 362 und 356 wächst, und
von 5 Millisekunden bis 50 Millisekunden zumindest eine Differenz
von 250–300
Grad Kelvin ist.
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Aus
der obigen Beschreibung des Erfindung werden Fachleute Verbesserungen,
Veränderungen und
Modifikationen entnehmen. Solche Verbesserungen, Veränderungen
und Modifikationen innerhalb des Fachkönnens sollen von den angefügten Ansprüchen abgedeckt
werden.