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Die
Erfindung betrifft einen Gasgenerator, insbesondere für
ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, mit einer Generatorkammer,
aus der nach einer Auslösung des Gasgenerators über
eine Generatorkammeröffnung Generatorgas abströmt,
und einer Speicherkammer, die wenigstens eine Speicherkammeröffnung
aufweist, wobei die Speicherkammer nach der Auslösung des
Gasgenerators mit der Generatorkammer in Strömungsverbindung
steht.
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In
der Regel sollen Gasgeneratoren für Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme,
insbesondere für Gassackmodule, heutzutage einerseits kurz
nach ihrer Auslösung ein großes Gasvolumen zur
Verfügung stellen, um z. B. eine rasche Gassackentfaltung
zu ermöglichen; andererseits sollen sie auch eine lange Standzeit
des Gassacks sicherstellen, d. h. einen gewünschten Druck
im Gassack möglichst lange aufrecht erhalten.
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Für
einen Gasdruckbehälter (Kaltgasgenerator) ist in der
DE 44 10 574 A1 eine
Möglichkeit beschrieben, wie diese beiden Anforderungen
erfüllt werden können. Der Gasdruckbehälter
weist dabei zwei Behälterkammern auf, die über
eine Drosselöffnung verbunden sind, wobei die erste Behälterkammer
zusätzlich eine im Vergleich zur Drosselöffnung große
Ausströmöffnung zum Gassack aufweist. Wird diese
Ausströmöffnung nun bei der Aktivierung des Gasdruckbehälters
freigegeben, so kann das Gas der ersten Behälterkammer
rasch in den Gassack abströmen, so daß sich dieser
schnell entfaltet. Das Gas der zweiten Behälterkammer kann
aufgrund der vorgesehenen Drosselöffnung nur vergleichsweise langsam
in die erste Behälterkammer abströmen und über
die Ausströmöffnung dem Gassack zugeführt werden,
wodurch eine verlängerte Standzeit des Gas sacks erreicht
wird. Die der Schrift zugrundeliegende Idee der Unterteilung eines
Gasdruckbehälter in zwei Druckkammern betrifft allerdings
nur Kaltgasgeneratoren und läßt sich in dieser
Form nicht unmittelbar auf andere Arten von Gasgeneratoren (Heißgasgenerator,
Hybridgasgenerator) übertragen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen einfach aufgebauten Gasgenerator zu
schaffen, der kurz nach seiner Aktivierung sehr schnell ein großes
Gasvolumen abgibt und danach über einen vorbestimmbaren
Zeitraum einen reduzierten, aber kontinuierlichen Gasstrom zur Verfügung
stellt.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch einen Gasgenerator der eingangs genannten Art
gelöst, bei dem die Speicherkammer nach der Auslösung
des Gasgenerators Generatorgas aufnimmt und anschließend
wieder abgibt, wobei die Speicherkammer wenigstens ein Ventil aufweist,
so daß beim Einströmen von Generatorgas in die
Speicherkammer ein größerer Strömungsquerschnitt
zur Verfügung steht als bei der Abgabe von Generatorgas
aus der Speicherkammer. Durch ein solches Ventil kann die Speicherkammer
nach der Auslösung des Gasgenerators über einen
kurzen Zeitraum ein relativ großes Volumen an Generatorgas
aufnehmen, welches sie später über einen längeren
Zeitraum wieder abgibt. Demzufolge kann ein beliebiger einstufiger Gasgenerator
(Heißgas-, Kaltgas-, Hybridgasgenerator) eingesetzt werden,
der sein gesamtes Generatorgas schnell freisetzt. Die gewünschte
Standzeit läßt sich unabhängig von der
Art des Gasgenerators über die Größe
der Speicherkammer und der Speicherkammeröffnung sowie
die Konstruktion des Ventils einstellen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform gibt das Ventil den größeren
Strömungsquerschnitt frei, wenn ein auf das Ventil einwirkender
Gasdruck von außerhalb der Speicherkammer um wenigstens
einen vorbestimmten Wert über einem auf das Ventil einwirkenden
Gasdruck von innerhalb der Speicherkammer liegt, und verringert
bei anderen Druckverhältnissen den Strömungsquerschnitt.
Dadurch lassen sich sehr einfach Druckverhältnisse festlegen, bei
denen die Speicherkammer über den großen Strömungsquerschnitt
befüllt wird.
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Vorzugsweise
steht die Speicherkammer vor einer Auslösung des Gasgenerators
unter Atmosphärendruck. Demzufolge sind keine aufwendigen Speicherkammerdichtungen
erforderlich, die bei einer dauerhaften Druckgasbefüllung
notwendig wären, um die Dichtigkeit der Speicherkammer
bis zur Aktivierung des Gasgenerators (u. U. also über
mehrere Jahre) zu gewährleisten.
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In
einer Ausführungsform ist das Ventil gegenüber
der Generatorkammeröffnung angeordnet, so daß es
nach der Auslösung des Gasgenerators in Strömungsrichtung
des aus der Generatorkammer strömenden Generatorgases liegt.
Durch diese Lage des Ventils kann der dynamische Strömungsdruck zur
Befüllung der Speicherkammer ausgenutzt werden. Der größere
Strömungsquerschnitt des Ventils wird sehr frühzeitig
freigegeben, und die Speicherkammer ist aufgrund des hohen, lokalen
Drucks im Bereich des Ventils besonders rasch befüllbar.
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Das
Ventil weist beim Einströmen von Generatorgas in die Speicherkammer
bevorzugt einen größeren Strömungsquerschnitt
auf als bei der Abgabe von Generatorgas aus der Speicherkammer.
Mit einem solchen Ventil läßt sich eine schnelle
Speicherkammerbefüllung und eine langsame, kontrollierte Speicherkammerentleerung
leicht einstellen.
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Vorzugsweise
ist das verwendete Ventil ein Rückschlagventil. Rückschlagventile
sind sehr einfache, preiswerte und zuverlässige Ventile,
was sich sowohl auf die Funktionssicherheit als auch auf die Kosten
des Gasgenerators vorteilhaft auswirkt.
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Die
Speicherkammeröffnung kann in das Ventil integriert sein.
Durch diese Maßnahme sind abgesehen von der Speicherkammergröße
alle maßgeblichen Parameter zur Beeinflussung der Standzeit,
der Größe des Gasstroms während der Standzeit
sowie der Speicherkammerbefüllung im Ventil zusammengefaßt.
Gewünschte Änderungen oder Anpassungen an konkrete
Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme sind folglich bei unverändertem
Gasgeneratoraufbau sehr einfach durch einen Austausch des Ventils
möglich.
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Die
Speicherkammeröffnung ist vorzugsweise als Drossel mit
einem Drosselquerschnitt ausgebildet, und die Abgabe von Generatorgas
aus der Speicherkammer ist über den Drosselquerschnitt steuerbar.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der Generatorkammer
und der Speicherkammer eine Diffusorkammer vorgesehen, die nach
der Auslösung des Gasgenerators über die Generatorkammeröffnung
mit der Generatorkammer, über die Speicherkammeröffnung
mit der Speicherkammer und über wenigstens eine Diffusoröffnung
mit dem Rückhaltesystem in Strömungsverbindung
steht. Dadurch können insbesondere herkömmliche
Rohrgasgeneratoren mit axial hintereinander liegender Generator-
und Diffusorkammer besonders einfach zu einem erfindungsgemäßen
Gasgenerator umgebaut werden. Die bestehende Diffusorkammer wird entweder
in eine neue Diffusorkammer und eine Speicherkammer unterteilt,
oder der Rohrgasgenerator wird in axialer Richtung um die Speicherkammer
verlängert.
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Die
genaue Funktionsweise und Art des Gasgenerators ist für
die erfindungsgemäße Funktion unerheblich. So
ist die Generatorkammer in einigen Ausführungsformen ein
Druckgasbehälter und der Gasgenerator folglich ein Kaltgasgenerator,
wohingegen die Generatorkammer in anderen Ausführungsvarianten
eine Brennkammer und der Gasgenerator folglich ein Heißgasgenerator
ist. Alternativ kann die Generatorkammer auch einen Druckgasbehälter
und eine Brennkammer umfassen, so daß der Gasgenerator
ein Hybridgasgenerator ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 einen
schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Gasgenerator gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 ein
Detail des erfindungsgemäßen Gasgenerators gemäß der
ersten Ausführungsform nach 1, mit einem
Ventil in geöffneter Ventilstellung;
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3a und b das Detail aus 2 gemäß einer
zweiten Ausführungsform, mit einem Ventil in geöffneter
bzw. geschlossener Ventilstellung; und
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4a und b das Detail aus 2 gemäß einer
dritten Ausführungsform, mit einem Ventil in geöffneter
bzw. geschlossener Ventilstellung.
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Die 1 zeigt
einen Gasgenerator 10 für ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem,
genauer einen Rohrgasgenerator mit einer Längsachse X.
Der Gasgenerator 10 umfaßt eine Generatorkammer 12, aus
der nach einer Auslösung des Gasgenerators 10 über
eine Generatorkammeröffnung 14 Generatorgas abströmt.
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Im
vorliegenden Beispiel ist der Gasgenerator 10 ein Hybridgasgenerator,
bei dem die Generatorkammer 12 sowohl einen Druckgasbehälter 20 als auch
eine Brennkammer 22 umfaßt. In der Brennkammer 22 ist
eine Zündeinrichtung 24 zur Auslösung
des Gasgenerators 10 vorgesehen. In bekannter Art und Weise
wird nach Aktivierung der Zündeinrichtung 24 ein
in der Brennkammer 22 vorhandener Treibstoff 26 unter
Gasentwicklung abgebrannt und durch den resultierenden Druckanstieg
zunächst eine erste Membran 28 zum Druckgasbehälter 20 und
später eine zweite Membran 30, welche die Generatorkammeröffnung 14 ver schließt,
zerstört. Um die Zeitspanne zwischen der Aktivierung des
Gasgenerators 10 und der Zerstörung der zweiten
Membran 30 möglichst gering zu halten, ist der
Hybridgasgenerator besonders vorteilhaft als Stoßwellengenerator ausgebildet.
Nach einer Zerstörung der zweiten Membran 30 ist
ein Abströmquerschnitt A0 der Generatorkammeröffnung 14 freigegeben,
so daß Generatorgas aus dem Gasgenerator 10 abströmen
kann. Bis zu diesem Zeitpunkt unterscheidet sich die Funktionsweise
des Gasgenerators 10 nicht von der Funktionsweise herkömmlicher
Gasgeneratoren.
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Obwohl
in 1 beispielhaft ein Hybridgasgenerator dargestellt
ist, kann der Gasgenerator 10 auch ein Kaltgasgenerator
sein, so daß die Generatorkammer 12 ein Druckgasbehälter 20 mit
Zündeinrichtung 24 wäre, oder ein Heißgasgenerator,
bei dem die Generatorkammer 12 eine Brennkammer 22 mit
Zündeinrichtung 24 wäre. Entscheidend
ist, daß das Generatorgas nach einer Aktivierung des Gasgenerators 10 durch
wenigstens eine Generatorkammeröffnung 14 mit
einem (Gesamt-)Abströmquerschnitt A0 abgeblasen
wird. Über die Generatorkammeröffnung 14 strömt
das Generatorgas aus der Generatorkammer 12 in eine Diffusorkammer 32 ein,
die über Diffusoröffnungen 34 mit dem
Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem, insbesondere mit dem
Inneren eines Gassacks (nicht dargestellt), in Strömungsverbindung
steht. Zur Vereinfachung werden im folgenden die einzelnen Abströmquerschnitte
der Diffusoröffnungen 34 gedanklich zu einem Gesamtabströmquerschnitt
A3 zusammengefaßt. Die Diffusorkammer 32 ist
an der Generatorkammer 12 befestigt und koaxial mit der
Generatorkammer 12 ausgebildet.
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An
die Diffusorkammer 32 schließt sich stromabwärts
in axialer Richtung eine Speicherkammer 36 an, wobei eine
Wand der Speicherkammer 36 an der Diffusorkammer 32 befestigt
und durch eine Wand 38 von der Diffusorkammer 32 getrennt
ist. Die Speicherkammer 36 weist eine Speicherkammeröffnung 40 in
der Wand 38 auf, so daß sie nach der Auslösung
des Gasgenerators 10 über die Speicherkammeröffnung 40 und
die Generatorkammeröffnung 14 mit der Generatorkammer 12 in
Strömungsverbindung steht.
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In
der Wand 38 der Speicherkammer 36 ist ein Ventil 42 vorgesehen,
das bei der Befüllung der Speicherkammer 36 mit
Generatorgas einen größeren Strömungsquerschnitt
A1 hat (geöffnete Ventilstellung)
als bei der Abgabe von Generatorgas aus der Speicherkammer 36 (geschlossene
Ventilstellung).
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Die 2 zeigt
einen Detailausschnitt des Gasgenerators 10 im Bereich
der Diffusorkammer 32 gemäß einer ersten
Ausführungsform. Deutlich zu sehen ist das Ventil 42,
welches als Rückschlagventil ausgebildet ist und ein Ventilgehäuse 44 mit
einem Ventilsitz 46, einen in axialer Richtung bewegbaren Ventilkörper 48 und
eine Druckfeder 50 umfaßt, die den Ventilkörper 48 in
axialer Richtung gegen den Ventilsitz 46 beaufschlagt.
Falls nun ein auf das Ventil 42 einwirkender Gasdruck von
außerhalb der Speicherkammer 36 um wenigstens
einen vorbestimmten Wert über einem auf das Ventil 42 einwirkenden
Gasdruck von innerhalb der Speicherkammer 36 liegt, gibt
das Ventil 42 einen Strömungsquerschnitt A1 frei, wie in 2 gezeigt.
Unter anderen Druckverhältnissen wird der Strömungsquerschnitt
A1 wenigstens teilweise (vgl. 4b) und in einigen Ausführungsformen
sogar komplett geschlossen (vgl. 3b).
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Der
vorbestimmte Wert, den der von außerhalb der Speicherkammer 36 auf
das Ventil 42, genauer den Ventilkörper 48,
einwirkende Gasdruck über dem auf das Ventil 42,
genauer den Ventilkörper 48, einwirkenden Gasdruck
von innerhalb der Speicherkammer 36 liegen muß,
wird durch die Federhärte der Druckfeder 50 eingestellt.
Da die Druckfeder 50 ein Befüllen der Speicherkammer 36 nicht
behindern soll, wird die Druckfeder 50 in der Regel mit
einer relativ geringen Federhärte ausgeführt sein,
d. h. einer Bewegung des Ventilkörpers 48 in seine Öffnungsstellung
(vgl. 2) wenig Widerstand entgegensetzen. In erster
Linie dient die Feder 50 der Lagesicherung des Ventilkörpers 48 im
Ventilgehäuse 44 vor einer Auslösung
des Gasgenerators 10. Sie sorgt dafür, daß der
Ventilkörper 48 eine definierte Position auf dem
Ventilsitz 46 einnimmt, so daß ein Klappern oder
Verkanten des Ventilkörpers 48 im Ventilgehäuse 44 verhindert
ist.
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Eine
Besonderheit der in 2 gezeigten, ersten Ausführungsform
des Gasgenerators 10 ist die mittige Anordnung der Speicherkammeröffnung 40 unmittelbar
gegenüber der Generatorkammeröffnung 14.
Hingegen ist das Ventil 42 eher randseitig, im Bereich
einer Umfangswand 52 der Speicherkammer 36 angeordnet.
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Nach
einer Zerstörung der zweiten Membran 30 ist die
Generatorkammeröffnung 14 freigegeben, so daß ein
Gasstrom 54 aus der Generatorkammer 12 in die
Diffusorkammer 32 strömt. Der Gasstrom 54 trifft
unmittelbar im Bereich der Speicherkammeröffnung 40 auf
die Wand 38 der Speicherkammer 36 auf, so daß sich
die Speicherkammer 36 über einen Querschnitt A2 der Speicherkammeröffnung 40 mit Generatorgas
füllt. Des weiteren entweicht der Gasstrom 54 über
die Diffusoröffnungen 34 aus der Diffusorkammer 32,
um beispielsweise einen Gassack (nicht gezeigt) zu füllen.
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Da
das Ventil 42 nicht in Strömungsrichtung des Gasstroms 54 liegt,
ist in der Diffusorkammer 32 ein über dem Druck
in der Speicherkammer 36 liegender Druck notwendig, um
das Ventil 42 in seine Öffnungsstellung zu bewegen
(vgl. 2). Da im Druckgasbehälter 20 beim
Bersten der zweiten Membran 30 enorme Drücke (in
der Größenordnung von bis zu 1000 bar) herrschen,
stellt sich nach der Freigabe der Generatorkammeröffnung 14 trotz
Abströmung durch die Diffusoröffnungen 34 in
der Diffusorkammer 32 über einen hinreichend langen
Zeitraum ein ausreichender Druck (in der Größenordnung
von ca. 300 bar) ein, um das Ventil 42 zu öffnen
und eine zufriedenstellende Befüllung der Speicherkammer 32 zu
erreichen. Sobald der Druck in der Diffusorkammer 32 unter
den erreichten Staudruck in der Speicherkammer 36 sinkt,
bewegt sich der Ventilkörper 48 federunterstützt
in Richtung zum Ventilsitz 46 und schließt das
Ventil 42 im wesentlichen dicht ab. Ein Abströmen
von Gas aus der Speicherkammer 36 kann lediglich über
den Abströmquerschnitt A2 der Speicherkammeröffnung 40 erfolgen.
Die Speicherkammeröffnung 40 ist daher als Drossel
mit dem Drosselquerschnitt A2 ausgebildet
und steuert die Abgabe von Generatorgas aus der Speicherkammer 36. Über
die Größe der Speicherkammer 36 und den Drosselquerschnitt
A2 der Speicherkammeröffnung läßt
sich die „Entleerungszeit" der Speicherkammer 36 einstellen,
wobei diese Zeit im wesentlichen der Standzeit eines Gassacks des
Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems entspricht.
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Die 3a und b zeigen einen Detailausschnitt
des Gasgenerators 10 im Bereich der Wand 38 gemäß einer
zweiten Ausführungsform. Diese zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform gemäß 2 lediglich durch
die Anordnung der Speicherkammeröffnung 40 und
des Ventils 42 in der Wand 38 der Speicherkammer 36.
In dieser Ausführungsform liegt nämlich das Ventil 42 unmittelbar
gegenüber der Generatorkammeröffnung 14,
so daß der konzentrierte Gasstrom 54 genau auf
den Ventilkörper 48 trifft. Das Ventil 42 wird
dabei in erster Linie vom Strömungsdruck des Gasstroms 54 in
seine Öffnungsstellung gemäß 3a bewegt. Der Aufbau eines Drucks in
der Diffusorkammer 32 kann unterstützend wirken,
ist aber nicht mehr unbedingt nötig. Da die Speicherkammeröffnung 40 gemäß 3a nicht mehr im unmittelbaren Gasstrom 54 der
Generatorkammeröffnung 14 liegt und lediglich
einen geringen Drosselquerschnitt A2 aufweist,
spielt die Speicherkammeröffnung 40 für die
Befüllung der Speicherkammer 36 eine eher geringe
Rolle.
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Im
Vergleich zur ersten Ausführungsform beginnt die Befüllung
der Speicherkammer 36 über das Ventil 42 früher,
da nicht erst ein Druck in der Diffusorkammer 32 zur Öffnung
des Ventils 42 aufgebaut werden muß. Darüber
hinaus erfolgt die Befüllung der Speicherkammer 36 auch
wesentlich schneller, da der Strömungsdruck des Gasstroms 54 deutlich über
einem eventuell vorhandenen Druck in der Diffusorkammer 32 liegt
und somit ein größeres Gasvolumen durch das Ventil 42 in
die Speicherkammer 36 gepreßt wird. Aufgrund dieses
Effekts kann in der Speicherkammer 36 auch ein Befüllungsdruck
erreicht werden, der über einem in der Diffusorkammer 32 aufgebauten
Druck liegt.
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Wenn
der auf den Ventilkörper 48 von außerhalb
der Speicherkammer 36 einwirkende Gasdruck aufgrund des
nachlassenden Gasstroms 54 unter den von innerhalb der
Speicherkammer 36 auf den Ventilkörper 48 wirkenden
Druck (Gasdruck und Federdruck) sinkt, nimmt das Ventil 42 seine
Schließstellung gemäß 3b ein,
und es strömt Gas über den Drosselquerschnitt
A2 der Speicherkammeröffnung 40 aus
der Speicherkammer 36 in die Diffusorkammer 32.
Von dort wird das Gas über die Diffusoröffnungen 34 an
das Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem abgegeben.
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In
der dritten Ausführungsform des Gasgenerators 10 gemäß den 4a und 4b ist
die Speicherkammeröffnung 40 in den Ventilkörper 48 des Ventils 42 integriert.
Dadurch werden alle relevanten Steuerungsparameter (Strömungsquerschnitt
A1, Drosselquerschnitt A2 und
Federhärte der Druckfeder 50) im Ventil 42 zusammengefaßt.
Eine gewünschte Anpassung der Befüllung und/oder
Entleerung der Speicherkammer 36 an ein spezielles Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem
kann sehr einfach durch einen Austausch des Ventils 42 vorgenommen
werden.
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Außerdem
wird die Speicherkammer 36 in dieser Ausführungsform
schneller befüllt als in der zweiten Ausführungsform,
da sowohl das Ventil 42 als auch die Speicherkammeröffnung 40 im
Bereich des hohen lokalen Strömungsdrucks des Gasstroms 54 liegen
und maßgeblich zu einer Befüllung der Speicherkammer 36 beitragen.
Der Strömungsquerschnitt A1 umfaßt
in dieser Ausführungsform sowohl die aus den 3a und 3b bekannte
Umströmung des Ventilkörpers 48 als auch
eine Durchströmung des Ventilkörpers (Drosselquerschnitt
A2) infolge der integrierten Speicherkammeröffnung 40.
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Auch
wenn gemäß 4b Gas
aus der Speicherkammer 36 über die in das Ventil 42 integrierte Speicherkammeröffnung 40 in
die Diffusorkammer 32 strömt, wird die in der 4b gezeigte Ventilstellung analog zu den
vorhergehenden Ausführungsformen als geschlossene Ventilstellung
bezeichnet, da der Ventilkörper 48 dichtend am
Ventilsitz 46 anliegt.
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Die
Speicherkammer 36 steht vor einer Auslösung des
Gasgenerators 10 in allen beschriebenen Ausführungsformen
unter Atmosphärendruck und enthält keinerlei Brennstoff.
Folglich entfallen aufwendige Maßnahmen zur zuverlässigen
Druckgasabdichtung oder Treibstoffkonservierung, so daß die Speicherkammer 36 preiswert
und mit geringem Aufwand herstellbar ist. Auch die Nachrüstung
bestehender Gasgeneratoren, insbesondere Rohrgasgeneratoren, ist
durch den einfachen „Anbau" der Speicherkammer 36 inklusive
des Ventils 42 mit geringem Aufwand möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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