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Hubkissen für Bergungs- und Rettungsarbeiten werden häufig durch einen pyrotechnischen Gasgenerator unter Druck gesetzt, um beispielsweise eine Last zu heben oder etwas auseinander zu spreizen. Der Gasgenerator ist üblicherweise über eine Rohrleitung mit dem Hubkissen verbunden. Das Hubkissen kann beispielsweise aus Edelstahl gefertigt sein. Der Gasgenerator umfasst üblicherweise eine Raketentreibladung, die 1000°C bis 3500°C heiße Gase erzeugt. Die Gase werden durch eine hitzebeständige Leitung und eine hitzebeständige Düse in eine Druckkammer eingeleitet, in der sich eine Schüttung aus gepressten Magnesiumcarbonatpillen befindet. Durch die vom Gas übertragene Hitze setzen die Magnesiumcarbonatpillen CO2 frei und kühlen dadurch das Gas ab. Die Magnesiumcarbonatpillen und entstehender Staub werden durch entsprechende Rückhalte- und Filtersysteme zurückgehalten, um nicht mit dem Gasstrom mitgerissen zu werden und dadurch eine Verstopfung gasführender Teile zu bewirken. Das Gas strömt dann mit ca. 400°C aus der Rohrleitung in das Hubkissen.
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Nach dem Einsatz muss das Gas zumindest teilweise aus dem Hubkissen abgelassen werden, damit das Kissen nicht unter Druck bleibt und dadurch eine Gefahr darstellt. Zur Entsorgung und Wiederverwendung muss der Gasgenerator nach dem Abbrand auseinandergebaut und gründlich von Schlacken, Teer und Ruß gereinigt werden. Anschließend muss eine neue Treibladung und eine neue Magnesiumcarbonatfüllung eingebracht werden, um den Gasgenerator wieder einsatzfähig zu machen. Neben dem komplizierten Aufbau und dem damit verbundenen Gewicht des Gasgenerators hat es sich auch als nachteilig erwiesen, dass der durch das in das Hubkissen einströmende heiße Gas bewirkte Druck mit dem Abkühlen des Gases deutlich nachlässt.
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Aus der
DE 10 2007 062 602 A1 ist ein Hebezeug zum Heben und/oder Bewegen einer Last mit einer Hubvorrichtung, welche zur Umsetzung eines Gasdrucks in eine Hubbewegung ausgebildet ist, bekannt. Dabei ist ein autarker Gasgenerator vorgesehen, welcher zur Erzeugung des Gasdrucks durch Verbrauch eines Treibmediums ausgebildet ist. Die Hubvorrichtung ist als verformbarer Hubkörper ausgebildet, welcher bei dem Übergang von einem Initialzustand in einen Hubzustand in Hubrichtung um eine Hubhöhe expandiert wird.
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Aus der
US 3 897 285 A und aus der
DE 25 36 099 A1 sind pyrotechnische Mittel zur Erzeugung von Druckgas niedriger Temperatur zum Aufblasen von Sicherheits-Airbags in Fahrzeugen bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wirkmassenzusammensetzung für einen Gasgenerator anzugeben, welcher die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll ein Gasgenerator mit der erfindungsgemäßen Wirkmassenzusammensetzung einfach und günstig herzustellen sein. Weiterhin sollen ein verbesserter Gasgenerator und eine verbesserte Hubvorrichtung angegeben werden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 13 und 14 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 12.
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Erfindungsgemäß ist eine Wirkmassenzusammensetzung für einen pyrotechnischen Gasgenerator vorgesehen, die ein Reaktionsgemisch und ein Vergasungsmaterial umfasst. Das Reaktionsgemisch reagiert nach dessen Zündung in einer exothermen Reaktion. Dabei erzeugt das Reaktionsgemisch im Wesentlichen, d. h. bei der im Wesentlichen stattfindenden Reaktion, kein Gas. Es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass durch Verunreinigungen oder im Reaktionsgemisch enthaltene Feuchtigkeit geringe Gasmengen erzeugt werden. Das Vergasungsmaterial steht mit dem Reaktionsgemisch in direktem, eine Wärmeübertragung vom Reaktionsgemisch auf das Vergasungsmaterial ermöglichendem Kontakt. Das Vergasungsmaterial setzt durch die bei der Reaktion erzeugte Wärme in einer endothermen Zersetzungsreaktion Gas frei. In der Wirkmassenzusammensetzung sind die Menge des Reaktionsgemischs und die Menge des Vergasungsmaterials so bemessen, dass die bei der gesamten exothermen Reaktion an das Vergasungsmaterial abgegebene Wärme höchstens dazu ausreicht, um das Vergasungsmaterial vollständig in der Zersetzungsreaktion umzusetzen. Sofern von der bei der gesamten exothermen Reaktion entstehenden Wärme Wärme an die Umgebung bzw. an das umgebende Material abgegeben wird, ist diese bei der Ermittlung der an das Vergasungsmaterial abgegebenen Wärme zu berücksichtigen. Das bedeutet, dass die an das Vergasungsmaterial abgegebene Wärme höchstens die bei der gesamten exothermen Reaktion entstehende Wärme abzüglich der an die Umgebung bzw. umgebende Materialien abgegebene Wärme ist.
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Das bei der Zersetzungsreaktion entstehende Gas weist bei seiner Entstehung höchstens die Zersetzungstemperatur des Vergasungsmaterials auf. Soweit das Gas nach der Zersetzungsreaktion durch die bei der exothermen Reaktion entstehende Wärme darüber hinaus erwärmt wird, gibt es diese Wärme wieder an das Vergasungsmaterial ab und bewirkt dadurch eine weitere Zersetzung des Vergasungsmaterials. Dadurch, dass die Zersetzungsreaktion endotherm ist, wird das Gas dabei abgekühlt. Würde bei der exothermen Reaktion mehr Wärme entstehen als vom Vergasungsmaterial und der Umgebung bzw. umgebenden Materialien aufgenommen wird, würde das bereits erzeugte Gas von dem weiterhin reagierenden Reaktionsgemisch erwärmt werden. Weiterhin würde sich die Wirkmassenzusammensetzung stark erwärmen, wenn das Reaktionsgemisch nach Verbrauch des Vergasungsmaterials weiter reagieren würde.
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Das entstehende Gas weist eine deutlich niedrigere Temperatur als das durch einen Raketentriebsatz im Stand der Technik erzeugte Gas auf. Eine separate Abkühlkammer, eine hitzebeständige Leitung und eine hitzebeständige Düse sind dadurch nicht mehr erforderlich, so dass ein Gasgenerator mit der erfindungsgemäßen Wirkmasse deutlich einfacher aufgebaut sein kann und bei gleicher Leistung deutlich leichter ist als bisherige pyrotechnische Gasgeneratoren. Bei der Verwendung des Gases, beispielsweise zur Verrichtung von Hubarbeit, besteht durch die niedrigere Temperatur eine größere Freiheit bei der Wahl von das Gas kontaktierenden Teilen.
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Weiterhin hat die Erzeugung des Gases von verhältnismäßig niedriger Temperatur den großen Vorteil, dass ein durch das Gas erzeugter Druck durch Abkühlung auf Umgebungstemperatur weniger stark sinkt als ein von einem heißeren Gas erzeugter Druck. Bei einer Hubvorrichtung zum Heben und/oder Bewegen einer Last durch Umsetzung von Gasdruck in eine Hubbewegung kann mit der erfindungsgemäßen Wirkmasse eine größere Kraft in abgekühltem Zustand bereitgestellt werden als mit einer heißeres Gas erzeugenden Wirkmasse. Das liegt daran, dass die Hubvorrichtung stets für den maximal bei der Gaserzeugung entstehenden Druck dimensioniert sein muss. Durch die im Verhältnis bei heißeren Gasen stärkere Abkühlung und den dadurch stärker nachlassenden Druck ist dann bei gleichem Maximaldruck bei Umgebungstemperatur ein verhältnismäßig geringer Innendruck in der Hubvorrichtung vorhanden. Bei bekannten Gasgeneratoren ist das Verhältnis zwischen dem maximalen Druck am Ende der Gaserzeugung und dem Gasdruck im auf Umgebungstemperatur abgekühlten Gas ungefähr 2:1, d. h. der Druck ist bei etwa 20°C nur noch halb so groß wie der Maximaldruck am Ende der Gaserzeugungsreaktion.
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Noch größer ist dieses Verhältnis, wenn das generierte Gas kondensierbare Bestandteile, wie z. B. Wasserdampf, enthält. Bekannte pyrotechnische Gasgeneratoren erzeugen Gas mit ca. 20% Wasserdampfanteil. Bei der erfindungsgemäßen Wirkmassenzusammensetzung ist es daher vorteilhaft, wenn das Reaktionsgemisch und das Vergasungsmaterial so gewählt sind, dass das freigesetzte Gas im Wesentlichen keine kondensierbaren Bestandteile, d. h. weniger als 5% solcher Bestandteile, enthält.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wirkmasse besteht in der Druckunabhängigkeit der Gaserzeugungsrate nach Zündung des Reaktionsgemischs, weil bei der exothermen Reaktion kein oder zumindest keine wesentliche Menge an Gas erzeugt wird. Der Abbrand des Reaktionsgemischs ist damit druckunabhängig. Dadurch bleiben die Abbrandrate und somit auch die Gaserzeugungsrate durch die gaserzeugende endotherme Zersetzungsreaktion auch bei veränderlichem Druck konstant. Die Gaserzeugungsrate kann bei steigendem Druck jedoch auch verringert sein. Exotherme gaserzeugende Reaktionen sind immer druckabhängig und laufen umso schneller ab, je höher der Druck ist. Bei endothermen Reaktionen ist dies nicht der Fall. Bei einzelnen endothermen Reaktionen kann es jedoch vorkommen, dass eine schwach ausgebildete negative Druckabhängigkeit besteht, d. h. die Reaktion läuft umso langsamer ab, je höher der Druck steigt. Dadurch lässt sich die Gaserzeugung mit der erfindungsgemäßen Wirkmassenzusammensetzung wesentlich besser kontrollieren und steuern als mit bisherigen Wirkmassenzusammensetzungen.
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Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das Reaktionsgemisch und das Vergasungsmaterial in der Wirkmassenzusammensetzung jeweils in separaten Bereichen, in Form abwechselnd gestapelter Komprimate, insbesondere in Tablettenform, angeordnet sind. Die Komprimate erlauben eine einfache Handhabung und Anpassung der Wirkmassenzusammensetzung an eine vorgesehene Anwendung, insbesondere im Hinblick auf die zu erzeugende Gasmenge und das Mengenverhältnis zwischen dem Reaktionsgemisch und dem Vergasungsmaterial.
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Bei der erfindungsgemäßen Wirkmassenzusammensetzung sind das Reaktionsgemisch und das Vergasungsmaterial so gewählt, dass die Zersetzungsreaktion bei zunehmender Erwärmung bei einer Zersetzungstemperatur einsetzt und erfolgt, die unterhalb der sich bei der exothermen Reaktion einstellenden Temperatur liegt. Die Zersetzungstemperatur ist gleichzeitig die Temperatur, welche das Gas unmittelbar nach seiner Entstehung aufweist. Vorteilhaft ist es, wenn die Zersetzungstemperatur mindestens 100°C und höchstens 400°C, insbesondere mindestens 150°C und höchstens 250°C, beträgt. Dabei ist der Abkühleffekt durch die endotherme Zersetzungsreaktion nicht so stark, dass dadurch der Abbrand des Reaktionsgemischs wesentlich behindert wird. Die Zersetzungstemperatur ist eine Eigenschaft des Vergasungsmaterials, d. h. die Zersetzungstemperatur wird durch die Wahl des Vergasungsmaterials bestimmt. Je tiefer die Zersetzungstemperatur ist, desto niedriger ist auch die Temperatur des entstehenden Gases. Die Zersetzungstemperatur sollte jedoch deutlich über jeder möglichen Umgebungstemperatur liegen, damit nicht bereits die Umgebungstemperatur eine Gasfreisetzung bewirkt, beispielsweise wenn sich die Wirkmassenzusammensetzung in einem intensiver Sonneneinstrahlung ausgesetzten Behältnis befindet. Der Temperaturbereich von 100°C bis 400°C hat sich dabei als sehr günstig erwiesen. Eine Zersetzungstemperatur über 400°C und damit einhergehend eine Temperatur des freigesetzten Gases von über 400°C ist mit der Festigkeit vieler Werkstoffe, insbesondere Stahl, nicht vereinbar. Stahl verliert bei Temperaturen ab 400°C häufig deutlich an Festigkeit. Als besonders geeignet hat sich ein Bereich der Zersetzungstemperatur von 150°C bis 250°C erwiesen.
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In einer Ausgestaltung sind das Reaktionsgemisch und das Vergasungsmaterial so gewählt, dass das Gas keine giftigen Bestandteile enthält. Sollte es zu einem Kontakt des Gases mit Lebewesen kommen, geht dann von dem Gas keine Gefahr aus. Bei bisher üblichen Gasgeneratoren auf Basis von Treibladungen entstehen immer Kohlenmonoxid und ggf. andere giftige Gase als Nebenprodukte.
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Bei dem Vergasungsmaterial kann es sich um einen chemischen Stoff in Form eines Feststoffs oder ein Stoffgemisch in Form eines Feststoffgemischs handeln. Dadurch sind die Herstellung der Wirkmassenzusammensetzung und die Handhabung des Vergasungsmaterials und der Wirkmassenzusammensetzung einfach.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens sind die Menge des Reaktionsgemischs und die Menge des Vergasungsmaterials so bemessen, dass die bei der gesamten exothermen Reaktion an das Vergasungsmaterial abgegebene Wärme nicht dazu ausreicht, um das Vergasungsmaterial vollständig in der Zersetzungsreaktion umzusetzen. Dadurch kann auch bei nicht genau bestimmter Wärmeaufnahme weiterer Materialien sichergestellt werden, dass die Temperatur des Gases nicht über die Zersetzungstemperatur steigt. Bei der Bemessung der Menge des Reaktionsgemischs und der Menge des Vergasungsmaterials ist nämlich auch die Wärmeaufnahme von allen vorhandenen, von dem Reaktionsgemisch erwärmten Materialien zu berücksichtigen. Es muss so viel Reaktionsgemisch vorhanden sein, dass nicht nur das Vergasungsmaterial, sondern auch diese anderen Materialien auf die Zersetzungstemperatur des Vergasungsmaterials erwärmt werden können und dass dennoch genug Energie übrig bleibt, um die endotherme Zersetzung des überwiegenden Teils, vorzugsweise ca. 80%, des Vergasungsmaterials bis zum vollständigen Abbrand des Reaktionsgemischs zu bewirken.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wirkmassenzusammensetzung ist das Reaktionsgemisch teilweise oder vollständig von dem Vergasungsmaterial umgeben. Dadurch wird die Umgebung der Wirkmassenzusammensetzung effektiv vor der vom Reaktionsgemisch erzeugten Wärme geschützt. Vollständig kann das Reaktionsgemisch beispielsweise dadurch von dem Vergasungsmaterial umgeben sein, dass das Vergasungsmaterial als Schüttung das Reaktionsgemisch umgibt. Eine solche Schüttung kann einerseits eine thermische Isolierung und andererseits auch einen Schutz gegen mechanische Beanspruchung bewirken. Durch eine solche Schüttung kann bei einer die erfindungsgemäße Wirkmassenzusammensetzung enthaltenden Hubvorrichtung ein direkter Kontakt des Reaktionsgemischs mit einer Wandung der Hubvorrichtung und eine damit einhergehende Beschädigungsgefahr der Wandung verhindert werden. Teilweise von dem Vergasungsmaterial umgeben kann das Reaktionsgemisch beispielsweise sein, indem flache Scheiben des Vergasungsmaterials und des Reaktionsgemischs abwechseln gestapelt sind und die oberste und unterste Scheibe jeweils von dem Vergasungsmaterial gebildet sind.
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Das Reaktionsgemisch kann ein Gemisch aus pulverförmigem und/oder granulärem Silizium und/oder mindestens einem pulverförmigen und/oder granulären Metall, insbesondere Eisen, mit mindestens einem pulverförmigen und/oder granulären Oxidationsmittel umfassen. Bei dem Oxidationsmittel kann es sich um ein Perchlorat, insbesondere Kaliumperchlorat, oder ein Metalloxid, insbesondere Wismuttrioxid oder Kupfer(II)oxid, handeln. Solche Reaktionsgemische werden im Allgemeinen als Thermite bezeichnet. Das Reaktionsgemisch kann weiterhin einen Korrosionsinhibitor, insbesondere Kaliumdichromat, umfassen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn als Oxidationsmittel ein Perchlorat in dem Reaktionsgemisch enthalten ist.
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Das Reaktionsgemisch kann ein anorganisches Bindemittel, insbesondere Natriumsilikat, umfassen. Das Vergasungsmaterial kann ein Bindemittel, insbesondere ein anorganisches Bindemittel, insbesondere Natriumsilikat, umfassen. Organische Bindemittel sind insbesondere im Reaktionsgemisch nachteilig, weil diese beim Abbrand Gase erzeugen und damit eine Druckabhängigkeit des Abbrands bewirken. Zusätzlich sind die beim Abbrand entstehenden Produkte organischer Bindemittel oft giftig oder enthalten Kohlenmonoxid.
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Vorzugsweise umfasst das Vergasungsmaterial ein anorganisches Carbonat, insbesondere Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kaliumcarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Strontiumcarbonat, Bariumcarbonat, Kupfercarbonat, Nickelcarbonat, Mangancarbonat, Kobaltcarbonat oder Zinkcarbonat. Die genannten Carbonate sind preiswert und haben eine verhältnismäßig niedrige Zersetzungstemperatur.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Gasgenerator vorgesehen, der die erfindungsgemäße Wirkmassenzusammensetzung enthält oder aus dieser Wirkmassenzusammensetzung besteht. Der Gasgenerator kann neben der Wirkmassenzusammensetzung beispielsweise einen, insbesondere elektrischen, Zünder zum Zünden des Reaktionsgemischs enthalten.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Hubvorrichtung zum Heben und/oder Bewegen einer Last durch Umsetzen von Gasdruck in eine Hubbewegung mit dem erfindungsgemäßen Gasgenerator. Bei der Hubvorrichtung kann es sich um ein sogenanntes Hubkissen handeln. Der Gasgenerator kann dabei direkt in einem mit dem Gas zu befüllenden Raum der Hubvorrichtung enthalten sein. Dies ist möglich, weil die durch den Gasgenerator mit der erfindungsgemäßen Wirkmasse erzeugten Gase eine so niedrige Temperatur aufweisen, dass keine Abkühleinheit erforderlich ist und weil sich die Wirkmassenzusammensetzung selbst nicht soweit erwärmt, dass dadurch die Hubvorrichtung beschädigt wird. Die Hubvorrichtung kann beispielsweise aus zwei Edelstahlplatten bestehen, die mit einem zusammengefalteten und entfaltbaren Balg so verbunden sind, dass im Inneren der mit dem Gas zu füllende Raum entsteht.
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Die Menge der Wirkmassenzusammensetzung und des darin enthaltenen Reaktionsgemischs und des darin enthaltenen Vergasungsmaterials sind vorzugsweise so bemessen, dass sich nach Abbrand des Reaktionsgemischs durch das freigesetzte Gas ein vorgegebener Druck in der Hubvorrichtung einstellt. Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Hubvorrichtung ist, dass diese und insbesondere die darin enthaltene Wirkmassenzusammensetzung aus Materialien hergestellt werden kann, die nach dem Abbrand des Reaktionsgemischs vollständig umweltverträgliche und insbesondere inerte Produkte hinterlassen, so dass die Hubvorrichtung nach ihrem Einsatz als herkömmlicher Restmüll entsorgt werden kann. Ein Zerlegen und getrenntes Entsorgen der Reaktionsprodukte aus dem pyrotechnischen Gasgenerator, wie es bei bisherigen pyrotechnischen Gasgeneratoren üblich ist, ist hier nicht erforderlich. Die Handhabung ist dadurch erheblich vereinfacht.
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Weiterhin ist der Aufbau des Hubkissens deutlich einfacher als der Aufbau bisheriger Hubkissen, da es keine getrennte Gaserzeugungseinheit und damit keine Rohrleitungen gibt und nur das Hubkissen selbst transportiert und bedient werden muss. Die Handhabung ist dadurch so vereinfacht, dass die Hubvorrichtung von einer Person alleine bedient werden kann. Die gesamte Hubvorrichtung ist kleiner und leichter als bisherige Hubvorrichtungen mit pyrotechnischer Gaserzeugungseinheit.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Diagramm des maximalen Drucks gegenüber dem relativen Hubweg eines je eine Wirkmassenzusammensetzung gemäß der Beispiele 1 bis 6 enthaltenden Hubkissens,
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2 eine schematische räumliche Darstellung einer Wirkmassenzusammensetzung in Form eines Stapels,
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3 eine schematische Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Hubvorrichtung in Form eines Hubkissens und
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4 eine weitere Schnittdarstellung durch das in 3 dargestellte Hubkissen.
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1. Wirkmassenzusammensetzungen
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Beispiel 1:
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Als Reaktionsgemisch dient eine Mischung aus 87,4% Wismuttrioxidpulver, 1,14% Eisenpulver, 6,46% Siliziumpulver und 5% Natriumsilikat als Bindemittel. Als Vergasungsmaterial dient Magnesiumcarbonat. Das Masseverhältnis des Reaktionsgemischs zum Vergasungsmaterial beträgt 1:1,2.
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Beispiel 2:
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Das Reaktionsgemisch besteht aus 80,75% Kupfer(II)oxidpulver, 14,25% Siliziumpulver und 5% Natriumsilikat als Bindemittel. Als Vergasungsmaterial dient Magnesiumcarbonat. Das Masseverhältnis des Reaktionsgemischs zum Magnesiumcarbonat beträgt 1:2,2.
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Beispiel 3:
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Das Reaktionsgemisch besteht aus 45,6% Kaliumperchloratpulver, 49,4% Eisenpulver, 4,5% Natriumsilikat als Bindemittel und 0,5% Kaliumdichromat als Korrosionsinhibitor. Als Vergasungsmaterial wird Magnesiumcarbonat verwendet. Das Massenverhältnis des Reaktionsgemischs zum Magnesiumcarbonat beträgt 1:3,2.
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Beispiel 4:
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Das Reaktionsgemisch besteht aus 87,4% Wismuttrioxidpulver, 1,14% Eisenpulver, 6,46% Siliziumpulver und 5% Natriumsilikat als Bindemittel. Als Vergasungsmaterial wird Natriumhydrogencarbonat eingesetzt. Das Massenverhältnis des Reaktionsgemischs zum Natriumhydrogencarbonat beträgt 1:2,2. Bei der Reaktion der Wirkmassenzusammensetzung wird pro Kohlendioxidmolekül auch ein Wassermolekül freigesetzt. Von dem im Natriumhydrogencarbonat enthaltenen Kohlenstoff wird nur die Hälfte in Form von CO2 freigesetzt.
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Beispiel 5:
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Das Reaktionsgemisch besteht aus 80,75% Kupfer(II)oxidpulver, 14,25% Siliziumpulver und 5% Natriumsilikat als Bindemittel. Als Vergasungsmaterial dient Natriumhydrogencarbonat. Das Masseverhältnis des Reaktionsgemischs zum Natriumhydrogencarbonat beträgt 1:4,2.
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Beispiel 6:
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Das Reaktionsgemisch besteht aus 45,6% Kaliumperchloratpulver, 49,4% Eisenpulver, 4,5% Natriumsilikat als Bindemittel und 0,5% Kaliumdichromat als Korrosionsinhibitor. Als Vergasungsmaterial dient Natriumhydrogencarbonat. Das Massenverhältnis des Reaktionsgemischs zum Natriumhydrogencarbonat beträgt 1:6,2.
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Nach dem Abbrand der Wirkmassenzusammensetzung gemäß der Beispiele 1 bis 6 verbleiben jeweils ca. 20% des eingesetzten Carbonats. 1 zeigt Kennlinien der Wirkmassenzusammensetzungen von Beispiel 1 bis Beispiel 6. Dabei ist der sich bei 25°C einstellende Maximaldruck im mit Gas zu füllenden Raum eines Hubkissens als Funktion des relativen Hubwegs, d. h. dem Verhältnis der Höhenänderung zur ursprünglichen Höhe, des mit der erfindungsgemäßen Wirkmassenzusammensetzung gefüllten Hubkissens dargestellt. Der mit dem Gas zu füllende Raum des Hubkissens ist dabei vor dem Abbrand des Reaktionsgemischs zu 50% mit der Wirkmassenzusammensetzung ausgefüllt. Die Symbole entsprechend dabei den Beispielen 1 bis 6 wie folgt: o = Beispiel 1, x = Beispiel 2, ☐ = Beispiel 3, ♢ = Beispiel 4, ∇ = Beispiel 5 und * = Beispiel 6.
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2. Räumlicher Aufbau einer Wirkmassenzusammensetzung
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In 2 ist eine erfindungsgemäße Wirkmassenzusammensetzung 9 in Form eines Stapels aus sechseckigen Tabletten aus dem Vergasungsmaterial 10 und aus dem Reaktionsgemisch 12 schematisch dargestellt. Der Stapel kann an der Zündfläche 14 angezündet werden. Dadurch beginnen die Tabletten aus dem Reaktionsgemisch 12 an einer Front zu glühen. Die glühende Front pflanzt sich durch den Stapel fort und erhitzt das Vergasungsmaterial 10, welches in einer endothermen Zersetzungsreaktion Gas freisetzt und darüber hinaus erwärmtes Gas bis zur Zersetzungstemperatur abkühlt.
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3. Aufbau einer Hubvorrichtung
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3 zeigt ein mehrere Stapel der Wirkmassenzusammensetzung 9, wie sie in 2 dargestellt ist, enthaltendes Hubkissen 16 im Querschnitt entlang der Linie B-B' in 4. Das Hubkissen 16 weist eine Bodenfläche 18 und eine Hubfläche 20 sowie einen gefalteten Balg 22 auf, der eine Hubbewegung der Hubfläche 20 gegenüber der Bodenfläche 18 erlaubt. Im mit Gas zu füllenden Raum 23 des Hubkissens 16 sind die Stapel der Wirkmassenzusammensetzung 9 angeordnet, wobei jeweils das Vergasungsmaterial 10 an unterster und oberster Position der Stapel angeordnet ist. Die Stapel sind in dem Hubkissen 16 von einer losen Schüttung aus dem Vergasungsmaterial 10 umgeben. Diese Schüttung verhindert beim Abbrand des Reaktionsgemischs 12 eine Wärmeübertragung auf die Bodenfläche 18, die Hubfläche 20 und den Balg 22 und damit eine Beschädigung dieser Teile.
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4 zeigt das in 3 dargestellte Hubkissen 16 im Schnitt entlang der Linie A-A' in 3. 4 zeigt deutlich, dass die Stapel der Wirkmassenzusammensetzung 9 sich jeweils an Kontaktflächen 24 berühren. Ausgehend von einer Zündung an der Zündfläche 14 durch einen hier nicht dargestellten Zünder setzt sich der Abbrand des Reaktionsgemischs 12 von Stapel zu Stapel fort. Das dabei vom Vergasungsmaterial 10 erzeugte Gas setzt den mit Gas zu füllenden Raum 23 des Hubkissens 16 unter Druck und hebt dabei die Hubfläche 20 im Verhältnis zur Bodenfläche 18 unter Straffung des Balgs 22 an.
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Bezugszeichenliste
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- 9
- Wirkmassenzusammensetzung
- 10
- Vergasungsmaterial
- 12
- Reaktionsgemisch
- 14
- Zündfläche
- 16
- Hubvorrichtung/Hubkissen
- 18
- Bodenfläche
- 20
- Hubfläche
- 22
- Balg
- 23
- Raum
- 24
- Kontaktfläche
