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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aufblasvorrichtung und
insbesondere auf eine Aufblasvorrichtung zum Gebrauch beim Aufblasen einer
aufblasbaren Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung.
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Hintergrund
der Erfindung
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5 und 6 stellen eine bekannte Aufblasvorrichtung 500 dar
zum Aufblasen einer aufblasbaren Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung.
Die Aufblasvorrichtung 500 umfasst einen Behälter 502,
der aus einem zylindrischen Glied 504 gebildet ist, eine Diffusor-Endkappe 506 und
eine Zünder-Endkappe 508.
Eine Kammer 510 ist in dem Behälter 502 definiert.
Ein gasförmiges
Treibmittel 512 ist in der Kammer 510 gespeichert.
Das gasförmige
Treibmittel 512 ist zündbar,
um Aufblasströmungsmittel
zu liefern.
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Eine
Strömungsöffnung 518 erstreckt
sich durch die Diffusor-Endkappe 506. Eine reißbare Berstscheibe 520 verschließt die Strömungsöffnung 518,
um das gasförmige
Treibmittel 512 in der Kammer 510 zu halten.
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Ein
Durchgangsloch 524 erstreckt sich durch die Zünder-Endkappe 508.
Das Durchgangsloch 524 verengt sich etwas an einem zu der
Kammer 510 benachbarten Ende. Eine reißbare Berstscheibe 526 verschließt eine Öffnung des
Durchgangslochs 524 benachbart zu der Kammer 510.
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Ein
Zündelement
bzw. Zünder 530 ist
an der Zünder-Endkappe 508 befestigt.
Der Zünder 530 ist betätigbar,
um Verbrennungsprodukte zum Zünden des
gasförmigen
Treibmittels 512 in der Kammer 510 zu liefern.
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6 stellt die Aufblasvorrichtung 500 in
einem betätigten
Zustand dar. Wenn der Zünder 530 betätigt ist,
füllen
die von der Zündung
des Zünders 530 erzeugten
Verbrennungsprodukte das Durchgangsloch 524 der Zünder- Endkappe 508 und
zerreißen
die Berstscheibe 526. Wenn die Berstscheibe 526 reißt, strömen die
Verbrennungsprodukte von dem Durchgangsloch 524 in die
Kammer 510. Wenn die Verbrennungsprodukte in die Kammer 524 eintreten,
stehen sie unter einem Druck, der höher ist als der Druck des gasförmigen Treibmittels 512 in
der Kammer 510. Daraus resultierend breiten sich die Verbrennungsprodukte
beim Eintreten in die Kammer 510 fächerförmig nach außen in einer
radialen Richtung relativ zu einer Mittelachse des Durchgangslochs 524 aus.
Das Auswärtsauffächern der
Verbrennungsprodukte resultiert in einem im Allgemeinen konischen
Strömungsmuster
für die
Verbrennungsprodukte, wie bei 534 in 6 dargestellt ist.
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Wenn
die Strömungsöffnung 518 für das Aufblasströmungsmittel
an einem dem Zünder 530 gegenüberliegenden
Ende des Behälters 502 angeordnet
ist, wie in 5 und 6 dargestellt, resultiert
das Auswärtsauffächern der
Verbrennungsprodukte in einer Verbrennungszone, die benachbart zu
der Zünder-Endkappe 508 und
weg von der Strömungsöffnung 518 gelegen
ist. Daraus resultierend kann, wenn die die Strömungsöffnung abdeckende Berstscheibe 520 zerrissen
wird, ein Teil des gasförmigen Treibmittels 512 die
Kammer 510, ohne verbrannt zu werden, durch die Strömungsöffnung verlassen.
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Eine
hohe Verbrennungseffizienz ist erwünscht, um zu helfen, die Menge
des unverbrannten gasförmigen
Treibmittels 512 zu minimieren, die die Kammer 510 durch
die Strömungsöffnung 518 verlässt. Eine
höhere
Verbrennungseffizienz kann erreicht werden, indem die Verbrennungszone
näher an
der Strömungsöffnung lokalisiert
wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aufblasvorrichtung,
die einen Behälter
mit einer Kammer aufweist. Eine Austrittsöffnung ist in dem Behälter vorgesehen.
Die Austrittsöffnung
stellt eine Verbindung zu der Kammer her. Eine Substanz ist in der
Kammer gespeichert. Die Substanz spricht auf Wärme an, um ein Aufblasströmungsmittel
zu liefern. Ein Zünder
ist mit dem Be hälter
assoziiert und ist betätigbar,
um Verbrennungsprodukte zum Erwärmen der
Substanz zu liefern. Die Aufblasvorrichtung weist ebenfalls eine
Düse auf,
die zwischen dem Zünder und
der Kammer eingesetzt ist. Ein Durchgang erstreckt sich von dem
Zünder
und durch die Düse.
Der Durchgang umfasst einen divergierenden Teil, um eine Strömung der
Verbrennungsprodukte von dem Zünder
in die Kammer zu fokussieren bzw. einzustellen.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
vorangegangenen und anderen Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden den Fachleuten des Gebietes, auf das sich die vorliegende
Erfindung bezieht, beim Lesen der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich werden, in den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
Schnittansicht einer Aufblasvorrichtung, konstruiert gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und vor der Betätigung eines Zünders;
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2 eine
Darstellung der Aufblasvorrichtung der 1 nach der
Betätigung
des Zünders
und nach dem Zerreißen
einer Berstscheibe der Aufblasvorrichtung;
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3 eine
Schnittansicht einer Aufblasvorrichtung, konstruiert gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und vor der Betätigung eines Zünders;
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4 eine
Darstellung der Aufblasvorrichtung der 3 nach der
Betätigung
des Zünders
und nach dem Zerreißen
einer Berstscheibe der Aufblasvorrichtung;
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5 eine
Schnittansicht einer Aufblasvorrichtung des Standes der Technik
vor der Betätigung eines
Zünders;
und
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6 eine
Darstellung der Aufblasvorrichtung der 5 nach Betätigung des
Zünders
und nach dem Zerreißen
einer Berstscheibe der Aufblasvorrichtung.
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Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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1 ist
eine Schnittansicht einer Aufblasvorrichtung 10, die gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Die Aufblasvorrichtung 10 der 1 umfasst
einen Behälter 12 mit
sich axial gegenüberliegenden ersten
und zweiten Enden 14 bzw. 16.
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Der
Behälter 12 umfasst
einen rohrförmigen Körperteil 22,
eine Diffusor-Endkappe 26 und
eine Zünder-Endkappe 28.
Der Körperteil 22 umfasst
zylindrische Innen- und Außenoberflächen 30 bzw. 32. Sowohl
die Innen- als auch die Außenoberflächen 30 und 32 sind
auf der Achse A zentriert. Der Körperteil 22 umfasst
ebenfalls erste und zweite offene Enden 34 bzw. 36.
Das erste offene Ende 34 ist nahe dem ersten Ende 14 des
Behälters 12 gelegen
und das zweite offene Ende 36 ist nahe dem zweiten Ende 16 des
Behälters
gelegen.
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Die
Diffusor-Endkappe 26 umfasst eine zylindrische Außenoberfläche 40 und
erste und zweite sich radial erstreckende Seitenoberflächen 42 bzw. 44.
Die zylindrische Außenoberfläche 40 ist
auf der Achse A zentriert und besitzt einen Durchmesser, der ungefähr gleich
dem Durchmesser der Außenoberfläche 32 des
Körperteils 22 ist.
Die erste Seitenoberfläche 42 der
Diffusor-Endkappe 26 ist
an dem zweiten offenen Ende 36 des Körperteils 22 befestigt. 1 und 2 stellen
die an dem Körperteil 22 angeschweißte Diffusor-Endkappe 26 dar.
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Ein
Strömungsdurchgang 48 erstreckt
sich axial durch die Diffusor-Endkappe 26 von der ersten Seitenoberfläche 42 zu
der zweiten Seitenoberfläche 44.
Der Strömungsdurchgang 48 ist
auf der Achse A zentriert. Eine zylindrische Oberfläche 50 der
Diffusor-Endkappe 26 definiert den Strömungsdurchgang 48.
Der Strömungsdurchgang 48 bildet
eine erste kreisförmige Öffnung (nicht
gezeigt) auf der ersten Seitenoberfläche 42 der Diffusor-Endkappe 26 und eine
zweite kreisförmige Öffnung 56 auf
der zweiten Seitenoberfläche 44 der
Diffusor-Endkappe 26 aus.
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Eine
Berstscheibe 60 verschließt den Strömungsdurchgang 48 der
Diffusor-Endkappe 26.
Die Berstscheibe besitzt einen gewölbten bzw. kuppelförmigen Mittelteil 62 und
einen sich radial nach außen erstreckenden
Flanschteil 64. Der Flanschteil 64 der Berstscheibe
ist an der ersten Seitenoberfläche 42 der
Diffusor-Endkappe 26 befestigt. 1 und 2 stellen
den Flanschteil 64 der Berstscheibe 60 dar, der
an die erste Seitenoberfläche 42 angeschweißt ist.
Wenn der Flanschteil 64 der Berstscheibe 60 an der
ersten Seitenoberfläche 42 der
Diffusor-Endkappe 26 befestigt ist, verschließt der kuppelförmige Mittelteil 62 der
Berstscheibe 60 den Strömungsdurchgang 48.
Der kuppelförmige
Mittelteil 62 der Berstscheibe 60 ist ausgelegt,
um zu zerreißen,
wenn er einer Druckdifferenz von einer vorbestimmten Größe ausgesetzt
wird.
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Die
Zünder-Endkappe 28 umfasst
eine zylindrische Außenoberfläche 70 und
erste und zweite sich radial erstreckende Seitenoberflächen 72 bzw. 74.
Die zylindrische Außenoberfläche 70 ist
auf der Achse A zentriert und besitzt einen Durchmesser, der ungefähr gleich
dem Durchmesser der Außenoberfläche 32 des
Körperteils 22 ist.
Die zweite Seitenoberfläche 74 der
Zünder-Endkappe 28 ist
an dem ersten offenen Ende 34 des Körperteils 22 befestigt. 1 und 2 stellen
die zweite Seitenoberfläche 74 der
Zünder-Endkappe 28 dar,
die an das erste offene Ende 34 des Körperteils 22 angeschweißt ist.
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Die
Aufblasvorrichtung 10 umfasst auch eine Düse 80. 1 und 2 stellen
die Düse 80 als einstückig mit
der Zünder-Endkappe 28 ausgebildet dar
und nicht aus separaten Stücken,
die miteinander befestigt sind. Alternativ kann die Düse 80 als
ein von der Zünder-Endkappe 28 separates
Stück ausgebildet
sein und anschließend
an der Zünder-Endkappe befestigt
sein.
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Die
Düse 80 erstreckt
sich von der zweiten Seitenoberfläche 74 der Zünder-Endkappe 28 nach außen. Die
Düse 80 umfasst
eine zylindrische Außenoberfläche 82,
die einen Durchmesser besitzt, der geringer ist als der Durchmesser
der Innenoberfläche 30 des
Körperteils 22.
Wie in 1 gezeigt ist, erstreckt sich die Düse 80 von
dem ersten offenen Ende 34 in den Körperteil 22. Die Düse endet
an einer Endoberfläche 84.
Die Endoberfläche 84 erstreckt
sich in einer Richtung senkrecht zu der Achse A.
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Ein
Durchgang 90 erstreckt sich axial durch die Zünder-Endkappe 28 und
die Düse 80.
Eine durchgehende Oberfläche 92 definiert
den Durchgang 90 entlang seiner gesamten axialen Länge zwischen
der ersten Seitenoberfläche 72 der
Zünder-Endkappe 28 und
der Endoberfläche 84 der Düse 80.
Die durchgehende Oberfläche 92 umfasst einen
abgeschrägten
Teil 96, einen zylindrischen Teil 98, einen verjüngten Teil 100 und
einen gebogenen bzw. gekrümmten
Teil 102. Der abgeschrägte
Teil 96 und der zylindrische Teil 98 der Oberfläche 92 definieren
gemeinsam einen im Allgemeinen zylindrischen Teil 106 des
Durchgangs 90. Der zylindrische Teil 106 des Durchgangs 90 ist
der Zünder-Endkappe 28 zugeordnet.
Der verjüngte
Teil 100 der Oberfläche 92 definiert
einen konvergierenden Teil 108 des Durchgangs 90.
Der gekrümmte
Teil 102 der Oberfläche 92 definiert
einen divergierenden Teil 110 des Durchgangs 90.
Der divergierende Teil des Durchgangs endet an der Endoberfläche 84 der
Düse 80 mit
einer kreisförmigen Öffnung 112.
Die konvergierenden und divergierenden Teile 108 und 110 des Durchgangs 90 sind
der Düse 80 zugeordnet.
Ein Hals 114 des Durchgangs 90 ist an der Stelle
ausgebildet, wo sich der konvergierende Teil 108 des Durchgangs 90 und
der divergierende Teil 110 treffen.
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Eine
Berstscheibe 116 verschließt den Durchgang 90.
Die Berstscheibe 116 ist in dem zylindrischen Teil 106 des
Durchgangs 90 in der Nähe
des konvergierenden Teils 108 gelegen. Die Berstscheibe 116 ist
an dem zylindrischen Teil 98 der durchgehenden Oberfläche 92 befestigt.
Die Berstscheibe 116 ist ausgelegt, um zu zerreißen, wenn
sie einer Druckdifferenz von einer vorbestimmten Größe ausgesetzt
ist.
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Eine
Kammer 120 ist innerhalb des Behälters 12 gelegen.
Ein Strömungsmittel 122 ist
in der Kammer 120 gespeichert. Das Strömungsmittel 122 in
der Kammer 120 der Aufblasvorrichtung 10 der 1 und 2 ist
eine brennbare Mischung aus Gasen. Die brennbare Gasmischung 122 ist
unter Druck in der Kammer 120 gespeichert. Der Druck der
brennbaren Gasmischung 122 beträgt ungefähr 6000 psi (pounds per square
inch = englische Pfund pro Quadratzoll). Die brennbare Gasmischung 122 umfasst vorzugsweise
ein inertes Gas, Wasserstoff und Sauerstoff. Spurenmengen von Helium
können
der brennbaren Gasmischung zugefügt
werden, um bei der Detektion eines Lecks zu helfen. Die brennbare Gasmischung 122 verbrennt,
wenn sie über
eine vorbestimmte Temperatur hinaus erwärmt wird. Die Verbrennung der
brennbaren Gasmischung 122 erwärmt das inerte Gas. Das erwärmte inerte
Gas stellt ein Aufblasströmungsmittel
dar.
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Alternativ
zu der brennbaren Gasmischung 122 kann das in der Kammer 120 gespeicherte
Strömungsmittel
eine brennbare Flüssigkeit
sein, die verbrannt wird, wenn sie über eine vorbestimmte Temperatur
hinaus erwärmt
wird oder eine Flüssigkeit,
die beim Erwärmen über eine
vorbestimmte Temperatur hinaus eine Vergasung durchmacht. Ein Kühlmittel, beispielsweise
Freon, ist ein Beispiel einer Flüssigkeit,
die eine Vergasung erfährt,
wenn sie über
eine vorbestimmte Temperatur hinaus erwärmt wird. Als eine weitere
Alternative kann das Strömungsmittel eine
Dekomposition bzw. Zersetzung durchmachen, wenn sie über eine
vorbestimmte Temperatur hinaus erwärmt wird. Stickstoff (I)-oxid
ist ein Beispiel eines Gases, das beim Erwärmen über eine vorbestimmte Temperatur
hinaus eine Zersetzung erfährt.
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Die
Aufblasvorrichtung 10 umfasst ebenso einen betätigbaren
Zünder 130.
Der Zünder 130 umfasst
einen betätigbaren
Teil 132 (1) und einen Tragteil 134.
Der betätigbare
Teil 132 enthält
typischerweise ein pyrotechnisches Material (nicht gezeigt) und
einen Widerstandsdraht (nicht gezeigt) zum Zünden des pyrotechnischen Materials.
Der Tragteil 134 des Zünders 130 besitzt
einen breiteren Durchmesser, relativ zu der Achse A, als der betätigbare
Teil 132 und umfasst einander gegenüberliegende verjüngte Endoberflächen 140 bzw. 142 und Drähte 144 zur
Verbindung des Zünders
mit den elektronischen Schaltungen (nicht gezeigt) eines Fahrzeugsicherheitssystems
(nicht gezeigt).
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Die
Aufblasvorrichtung 10 umfasst auch ein Tragglied 150 zum
Tragen des Zünders 130 relativ
zu der Zünder-Endkappe 28.
Der Tragteil 150 ist im Allgemeinen rohrförmig und
umfasst eine kegelstumpfförmige
Oberfläche 152.
Das Tragglied 150 ist an der ersten Seitenoberfläche 72 der
Zünder-Endkappe 28 befestigt,
um den Zünder 130 relativ
zu der Zünderendkappe
zu befestigen. Wenn der Zünder 130 relativ
zu der Zünderendkappe 28 befestigt
ist, wie in 1 gezeigt ist, stößt die verjüngte Endoberfläche 140 des
Tragteils 134 des Zünders 130 an
den abgeschrägten
Teil 96 der Oberfläche 92 und
das verjüngte
Ende 142 des Tragteils stößt an die kegelstumpfförmige Oberfläche 152 des
Tragglieds 150. Ebenso ist, wenn der Zünder 130 relativ zu
der Zünder-Endkappe 28 befestigt
ist, der betätigbare
Teil 132 des Zünders 130 in
dem zylindrischen Teil 106 des Durchgangs 90 gelegen,
wie in 1 dargestellt ist.
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Die
Aufblasvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung ist betätigbar,
um Aufblasströmungsmittel mit
einer niedrigen Konzentration der brennbaren Gasmischung 122 zu
liefern. Um die Aufblasvorrichtung 10 zu betätigen, wird
ein elektrisches Signal zu dem Zünder 130 gesendet.
Wenn der Zünder 130 das
elektrische Signal empfängt,
wird er betätigt,
d.h. das pyrotechnische Material des betätigbaren Teils 132 des
Zünders
wird gezündet.
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Die
Betätigung
des Zünders 130 erzeugt
Verbrennungsprodukte. Die Verbrennungsprodukte ergeben sich aus
der Zündung
des pyrotechnischen Materials des betätigbaren Teils 132 des
Zünders 130.
Die Verbrennungsprodukte füllen
den zylindrischen Teil 106 des Durchgangs 90 zwischen
dem Zünder 130 und
der Berstscheibe 116 und der Druck von den Verbrennungsprodukten
wirkt auf die Berstscheibe ein. Die Verbrennungsprodukte aus der
Betätigung
des Zünders 130 können einen
Druck von ungefähr
14000 psi erreichen. Da die Berstscheibe 116 einem Druck
von ungefähr
6000 psi von der Kammer 120 aus ausgesetzt ist, reicht
der Druck der Verbrennungsprodukte aus, um die Berstscheibe 116 zu
zerreißen.
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Wenn
die Berstscheibe 116 zerreißt, beginnen die Verbrennungsprodukte
durch den Durchgang 90 zu der Kammer 120 hin zu
strömen.
Die Verbrennungsprodukte strömen
von dem höheren
Druck des zylindrischen Teils 106 des Durchgangs 90 zu
dem niedrigeren Druck der Kammer 120. Der Druck der Verbrennungsprodukte
in dem zylindrischen Teil 106 mit höherem Druck ist typischerweise
größer als
der doppelte Druck der Kammer 120 mit niedrigem Druck.
Während
des Strömens
zu der Kammer 120 hin treten die Verbrennungsprodukte in
die konvergierenden und divergierenden Teile 108 und 110 des Durchgangs 90 ein.
Während
die Verbrennungsprodukte durch den konvergierenden Teil 108 des Durchgangs 90 zu
der Kammer 120 hin strömen, nimmt
die Strömungsfläche des
Durchgangs ab. Daraus resultierend erhöht sich der Druck der Verbrennungsprodukte
und die Strömung
der Verbrennungsprodukte wird beschleunigt. Wenn die Strömung der Verbrennungsprodukte
an dem Hals 114 des Durchgangs 90 nicht gedrosselt
wird, bleibt die Strömung der
Verbrennungsprodukte durch den Durchgang 90 subsonisch
bzw. im Unterschallbereich. Die Strömung der Verbrennungsprodukte
wird an dem Hals gedrosselt, wenn die Massenströmung der Verbrennungsprodukte
durch den Hals 114 einen Maximumpegel für die Strömungsfläche des Halses erreicht. Wenn
die Massenströmung
der Verbrennungsprodukte durch den Hals 114 des Durchgangs 90 noch weiter
erhöht
werden kann, beispielsweise durch erhöhen der Druckdifferenz zwischen
dem zylindrischen Teil 106 des Durchgangs und der Kammer 120,
wird die Strömung
der Verbrennungsprodukte durch den Hals 114 somit nicht
gedrosselt. Daraus resultierend bleibt die Strömung der Verbrennungsprodukte
durch den Durchgang 90 im Unterschallbereich.
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Nachdem
die Verbrennungsprodukte durch den Hals 114 des Durchgangs 90 hindurchgegangen sind,
treten sie in den divergierenden Teil 110 des Durchgangs 90 ein.
Während
die Verbrennungsprodukte durch den divergierenden Teil 110 des
Durchgangs 90 zu der Kammer 120 hin strömen, nimmt
die Strömungsfläche des
Durchgangs zu. Während
des Strömens
der Verbrennungsprodukte durch den divergierenden Teil 110 des
Durchgangs 90 nimmt der Druck der Verbrennungsprodukte
ab und die Strömung
der Verbrennungsprodukte wird beschleunigt. Der Druck der Verbrennungsprodukte
nimmt in dem divergierenden Teil 110 des Durchgangs 90 ab.
Daraus resultierend besitzen die Verbrennungsprodukte einen Druck
der ungefähr
gleich dem Druck der brennbaren Gasmischung 122 in der
Kammer 120 ist, wenn die Verbrennungsprodukte die Öffnung 112 am
Ende des divergierenden Teils des Durchgangs erreichen.
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Da
die aus dem Durchgang 90 austretenden Verbrennungsprodukte
an der Öffnung 112 einen Druck
besitzen, der dem Druck in der Kammer 120 gleich ist, tritt
wenig oder keine radiale Ausdehnung der Verbrennungsprodukte relativ
zu der Achse A auf bei ihrem Eintritt in die Kammer 120.
Genau gesagt, erfolgt beim Eintritt in die Kammer 120 die
Strömung der
Verbrennungsprodukte in einer Richtung parallel zu der Achse A und
eine radiale Strömung
relativ zur Achse A wird minimiert. Daraus resultierend heißt es, dass
die Strömung
der Verbrennungsprodukte von dem divergierenden Teil 110 des
Durchgangs 90 fokussiert ist. 2 stellte
diese fokussierte Strömung der
Verbrennungsprodukte bei 160 dar. Die fokussierte Strömung der
Verbrennungsprodukte in die Kammer 120 resultiert darin,
dass sich die Verbrennungsprodukte mit einer größeren Geschwindigkeit fortbewegen
und über
eine größere axiale
Distanz der Kammer 120 hinweg verglichen mit Aufblasvorrichtungen,
bei denen eine radiale Expansion der Verbrennungsprodukte auftritt,
wie mit Bezug auf die Aufblasvorrichtung 500 der 5 und 6 beschrieben
wurde.
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Da
sich die fokussierte Strömung
der Verbrennungsprodukte über
eine größere Distanz
fortbewegt, ist die Verbrennungszone, die aus Verbrennungsprodukten
resultiert, die die brennbare Gasmischung 122 zündet, näher zu dem
Strömungsdurchgang 48 der
Diffusor-Endkappe 26 gelegen. Allgemein gilt, je näher die
Verbrennungszone zu dem Strömungsdurchgang 48 der
Diffusor-Endkappe 26 gelegen ist, desto größer ist
die Menge der brennbaren Gasmischung 122, die durch die
Verbrennungszone hindurchgeht und vor dem Austritt aus der Kammer 120 verbrannt
wird. Daraus resultierend besitzt das Aufblasströmungsmittel, das von der Aufblasvorrichtung 10 geliefert
wird, eine niedrigere Konzentration der brennbaren Gasmischung 122.
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2 stellt
die Aufblasvorrichtung 10 kurz nach Betätigung des Zünders 130 und
nach dem Zerreißen
der Berstscheiben 116 und 60 dar. Pfeil 162 in 2 stellt
Aufblasströmungsmittel
mit einer niedrigen Konzentration der brennbaren Gasmischung 122 dar,
das durch den Strömungsdurchgang 48 die Kammer 120 der
Aufblasvorrichtung verlässt.
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3 ist
eine Schnittansicht einer Aufblasvorrichtung 10', die gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Merkmale der Aufblasvorrichtung 10' der 3, die
gleich oder ähnlich
denen in 1 und 2 sind,
sind mit dem gleichen Bezugszeichen mit dem Zusatz eines Strichs
gekennzeichnet. Zusätzlich
werden nur die Unterschiede zwischen der Aufblasvorrichtung 10' der 3 und
der Aufblasvorrichtung 10 der 1 und 2 unten
im Detail diskutiert.
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Die
Aufblasvorrichtung 10' der 1 umfasst
ein festes Treibstoffmaterial 180, das bei Anwendung von
Wärme zündbar ist.
Das in 1 dargestellte feste Treibstoffmaterial 180 befindet
sich in der Form kleiner Pellets. Die Kammer 120' des Behälters 12' der Aufblasvorrichtung 10' ist mit dem
festen Treibstoffmaterial 180 angefüllt. Da die Kammer 120' des Behälters 12' nicht unter
Druck steht, besteht kein Bedarf an einer Berstscheibe, ähnlich der Berstscheibe 116 der 1,
in dem Durchgang 90'. Stattdessen
kann sich ein Folienmaterial 182 über die Öffnung des Durchgangs 90' erstrecken
und kann an der Endoberfläche 84' der Düse 80' angeklebt sein.
Das Folienmaterial 182 verhindert, dass das feste Treibstoffmaterial 180 in
den Durchgang 90' eintritt.
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Zusätzlich sind
in der Aufblasvorrichtung 10' der 3,
der Zünder 130' und der Durchgang 90' ausgelegt,
um eine Strömung
der Verbrennungsprodukte im Überschallbereich
in dem divergierenden Teil 110' des Durchgangs vorzu sehen. Strömung der Verbrennungsprodukte
im Überschallbereich
in dem divergierenden Teil 110' des Durchgangs 90' tritt auf, wenn
die Strömung
der Verbrennungsprodukte in dem Hals 114' gedrosselt wird. Die Strömung der Verbrennungsprodukte
an dem Hals 114' wird
gedrosselt, wenn die Massenströmung
der Verbrennungsprodukte durch den Hals 114' einen Maximumpegel erreicht. Die
Massenströmung
der Verbrennungsprodukte durch den Hals 114' erreicht einen Maximumpegel, wenn
sich bei der vorgegebenen Strömungsfläche des
Halses 114' der
Massenstrom der Verbrennungsprodukte durch den Hals 114' nicht erhöhen wird,
auch nicht ansprechend auf einen Anstieg der Druckdifferenz zwischen
dem zylindrischen Teil 106' des
Durchgangs 90' und
der Kammer 120'. Mit
vorgegebenen Daten bezüglich
der Verbrennungsprodukte, die durch die Betätigung des Zünders 130' erzeugt werden,
und dem Druck innerhalb der Kammer 120', wird ein Fachmann auf dem Gebiet der
Düsen die
Strömungsfläche für den Hals 114' des Durchgangs 90' bestimmen können, um
eine Drosselung zu bewirken.
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Wenn
die Strömung
der Verbrennungsprodukte an dem Hals 114' gedrosselt wird, gleicht die Strömungsgeschwindigkeit
der Verbrennungsprodukte an dem Hals 114' der Geschwindigkeit des Schalls,
d.h. Mach 1. Ein Gebiet der Strömung
im Überschallbereich
bildet sich unmittelbar stromabwärts
des Halses 114' in
dem divergierenden Teil 110' des
Durchgangs 90'.
Das Gebiet der Strömung im Überschallbereich
wird beendet durch das Auftreten entweder einer senkrechten Stoßwelle oder
von Stoßmustern.
Das Gebiet der Strömung
im Überschallbereich
kann in dem divergierenden Teil 110' des Durchgangs 90' enden oder
kann in der Kammer 120' stromabwärts von
dem divergierenden Teil 110' des
Durchgangs 90' enden.
Die Stelle, an der das Gebiet der Strömung im Überschallbereich endet, ist eine
Funktion der Druckdifferenz zwischen den Verbrennungsprodukten in
dem zylindrischen Teil 106' des
Durchgangs 90' und
dem Druck in der Kammer 120'.
Das Steuern der Stelle, an der ein Strömungsgebiet im Überschallbereich
endet, ist Fachleuten auf dem Gebiet der Düsen bekannt.
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Wenn
das Gebiet der Überschallbereichströmung in
dem divergierenden Teil 110' des
Durchgangs 90' endet,
tritt eine senkrechte Stoßwelle
auf. Eine senkrechte Stoßwelle
involviert eine nahezu sofortige Verzögerung der Strömung der
Verbrennungsprodukte auf eine Unterschallgeschwindigkeit. Nach der
senkrechten Stoßwelle
verzögert
sich die Unterschallbereichsströmung
des Verbrennungsströmungsmittels
durch den Rest des divergierenden Teils 110' und tritt aus dem Durchgang 90' aus als eine
fokussierte Strömung
von Verbrennungsprodukten, wie mit Bezug auf 2 diskutiert
wurde.
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Wenn
das Gebiet der Überschallbereichsströmung stromabwärts von
dem divergierenden Teil 110' des
Durchgangs 90' in
der Kammer 120' endet, wird
ein komplexes Muster von Stößen und
Reflexionen in der fokussierten Strömung der Verbrennungsprodukte
ausgebildet, die aus dem Durchgang 90' austritt. Das komplexe Muster
von Stößen und
Reflexionen umfasst typischerweise eine Mischung aus Unterschall-
und Überschallströmungen. 4 stellt das
komplexe Muster von Stößen und
Reflexionen als Stoßdiamanten
(shock diamonds) dar, die in der fokussierten Strömung der
Verbrennungsprodukte gelegen sind, die aus dem Durchgang 90' austritt.
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Das
Vorsehen einer Überschallströmung der Verbrennungsprodukte
durch den divergierenden Teil 110' des Durchgangs 90' in der Düse 80' erhöht die Distanz
in die Kammer 120',
die die Verbrennungsprodukte zurücklegen.
Daraus resultierend ist die Verbrennungszone, die von der Zündung des
festen Treibstoffmaterials 180 gebildet wird, näher an dem Strömungsdurchgang 48' der Diffusor-Endkappe 26' gelegen. Zusätzlich liefert
die höhere
Geschwindigkeit der Verbrennungsprodukte eine höhere Wärmetransferrate zu den Oberflächen des
festen Treibstoffmaterials 180, um die Zündung des
festen Treibstoffmaterials zu verbessern. Die senkrechte Stoßwelle oder
die Stoßmuster,
die aus der Beendigung der Uberschallströmung resultieren, können verwendet
werden, um einen Teil des festen Treibstoffmaterials 180 zu
pulverisieren, um das Verbrennungsoberflächengebiet des festen Treibstoffmaterials
zu vergrößern.
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4 stell
die Aufblasvorrichtung 10' kurz nach
der Betätigung
des Zünders 130' und nach Zerreißen des
Folienmaterials 182 und der Berstscheibe 60' dar. Aufblasströmungsmittel,
das von der Verbrennung des festen Treibstoffmaterials 180 gebildet wird,
tritt aus der Kammer 120' der
Aufblasvorrichtung 10' durch
den Strömungsdurchgang 48' aus.
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Aus
obiger Beschreibung der Erfindung werden Fachleute Verbesserungen,
Veränderungen
und Modifikationen entnehmen. Beispielsweise können die konvergierenden und
divergierenden Durchgänge 108 und 110 und
der Hals 114 der Düse 80 der Aufblasvorrichtung 10 der 1 und 2 auch ausgefegt
sein, um die Überschallströmung der
Verbrennungsprodukte zu ermöglichen.
Auch kann die Kammer 120' des
Behälters 12' der 3 und 4 mit
einem gespeicherten Gas unter Druck gesetzt werden. Wenn die Kammer 120' mit einem gespeicherten
Gas unter Druck gesetzt ist, kann eine Berstscheibe ähnlich der
Berstscheibe 116 der 1 in dem
Durchgang 90' verwendet
werden, um den Druckverlust aus der Kammer 120' zu verhindern. Solche
Verbesserungen, Veränderungen
und Modifikationen innerhalb des Fachkönnens sollen durch die angehängten Ansprüche abgedeckt
werden.