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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kaltgasgenerator zum Bereitstellen von Kaltgas für eine Aktivierung eines Prallsacks, beispielsweise eines Airbags eines Fahrzeugs, und auf ein Verfahren zum Bereitstellen von Kaltgas für eine Prallsackaktivierung.
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Ein herkömmlicher Prallsack, auch Airbag genannt, wird von Reaktionsgas einer schnellen chemischen Reaktion zumindest teilweise aufgebläht. Dazu wird ein Treibsatz gezündet und verbrannt. Um eine Temperatur des Reaktionsgases zu senken und eine Entfaltungsgeschwindigkeit des Prallsacks zu senken, kann durch das Zünden des Treibsatzes zusätzlich ein Druckbehälter geöffnet werden, so dass ein darin enthaltenes komprimiertes Gas mit einem vorbestimmten Volumenstrom aus den Druckbehälter hinaus und ebenfalls in den Prallsack strömen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Kaltgasgenerator zum Bereitstellen von Kaltgas für eine Aktivierung eines Prallsacks und ein Verfahren zum Bereitstellen von Kaltgas für eine Prallsackaktivierung gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Airbag-Gasgeneratoren werden in vielen Fahrzeugen verbaut. Üblicherweise handelt es sich um sogenannte pyrotechnische Gasgeneratoren oder Hybrid-Gasgeneratoren, die einen Sprengstoff in Form einer Festchemikalie enthalten. Dieser Sprengstoff wird durch eine Zündpille entzündet. Über eine exotherme Reaktion der Festchemikalie wird viel heißes Gas erzeugt, welches den Airbag als Heissgas direkt aufbläst. Beim Hybrid-Gasgenerator stellt die Festchemikalie eine Vorstufe dar, um mittels des Heissgases zum einen den Airbag anzublasen und gleichzeitig mittels des Sprengstoffs einen zusätzlichen Kaltgasbehälter zu öffnen.
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Reine Kaltgasgeneratoren weisen einen einzelnen Druckbehälter auf, der mit einem Gas, z.B. Stickstoff oder Helium unter hohem Vordruck von ca. 500–1200 bar gefüllt ist. Das Gas kann über ein Ventil oder eine Auslassöffnung in den Airbag einströmen.
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Für Fahrer- und Beifahrerairbags, aber auch zunehmend für Seitenairbags kann ein mehrstufiger Airbag eingesetzt werden. Das heißt, dass der Sprengstoff in mehrere Einheiten aufgeteilt ist und die Zündung des Sprengstoffs in mehreren Stufen erfolgen kann. Es können auch höhere Stufen je nach Crashart unterdrückt werden. Beispielsweise kann bei einem Front-LRD (LowRiscDeployment) nur die erste Stufe aktiviert werden und der Airbag bläst nur auf beispielsweise ca. 60% des maximalen Volumens auf. Dadurch kann ein Schutz der 5% Frau oder für Kinder auf dem Beifahrersitz erreicht werden.
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Ein Kaltgasgenerator kann einfachst und kostenoptimiert mehrstufig realisiert sein und ohne Sprengstoff auskommen. Bei einem Einsatz von Sprengstoff kommt es wegen Sprengstoffgesetzen immer wieder zu Problemen bei Einfuhr und Ausfuhr von Airbags in andere Regionen. Wegen der Mehrstufigkeit sind Frontairbags jedoch typischerweise noch pyrotechnisch oder als Hybridgenerator ausgeführt. Obwohl bei dem hier vorgestellten Ansatz kein Sprengstoff zur Bereitstellung von Heissgas zum Aufblasen eines Airbags verbaut wird, kann trotzdem auch für Frontairbag-Module eine Mehrstufigkeit und eine Adaptivität realisiert werden. Im Vergleich zum Stand-der-Technik können bei gleicher oder besserer Sicherheit erheblich Kosten gespart werden. Unter Umständen kann Sprengstoff oder ein Hitze erzeugendes Material zum Öffnen eines Kaltgasbehälters eingesetzt werden. Dabei werden im Verhältnis zur Menge des Kaltgases jedoch vernachlässigbar kleine Gasmengen erzeugt.
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Die Erfindung basiert somit auf der Erkenntnis, dass ein Gasgenerator für einen Prallsack ohne pyrotechnischen Treibsatz ausgeführt werden kann. Dazu kann ein Druckbehälter in einem Bereitschaftszustand mittels eines Verschlusses gasdicht verschlossen sein. Wenn der Prallsack aktiviert wird, kann der Verschluss des Druckbehälters durch einen Aktivierungsimpuls geöffnet werden. Dann kann das Gas aus dem Druckbehälter in den Prallsack strömen. Der Druckbehälter kann unterteilt sein, oder in mehrere Behälter aufgeteilt sein, die über einen Sammler an den Prallsack angeschlossen sein können. Mit mehreren Behältern kann der Prallsack in mehreren Stufen aktiviert werden. So kann ein Aufblasen des Prallsacks an unterschiedliche Situationen angepasst werden. Der Prallsack kann auch über eine längere Zeitdauer im aufgeblasenen Zustand verbleiben, wenn mehrere Behälter nicht gleichzeitig sondern nacheinander geöffnet werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft einen Kaltgasgenerator zum Bereitstellen von Kaltgas für eine Aktivierung eines Prallsacks, wobei der Kaltgasgenerator die folgenden Merkmale aufweist:
einen Kaltgasaustritt zum Anschluss an den Prallsack;
ein erstes Volumen für ein erstes Kaltgas;
eine erste Verbindungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, das erste Volumen ansprechend auf einen ersten Aktivierungsimpuls mit dem Kaltgasaustritt zu verbinden;
ein zweites Volumen für ein zweites Kaltgas; und
eine zweite Verbindungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, das zweite Volumen mit dem Kaltgasaustritt oder dem ersten Volumen zu verbinden.
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Der Prallsack, oder Airbag, kann in einem Fahrzeug eingesetzt werden, um einen Insassen des Fahrzeugs bei einem Unfall des Fahrzeugs zu schützen. Der Prallsack kann ein energieabsorptionsfähiges, mit Gas befüllbares Kissen sein, das bei Bedarf während des Unfalls mit dem Gas gefüllt werden kann. Vor dem Unfall kann der Prallsack in einem Bereitschaftszustand entleert und verpackt sein. Unter einem Kaltgasgenerator kann ein Gasdepot für den Prallsack verstanden werden, das dazu ausgebildet ist, das Gas zur Aktivierung des Prallsacks bereitzuhalten, und im Bedarfsfall bereitzustellen. Ein Kaltgasaustritt kann ein Anschluss für den Prallsack, über den das Gas in den Prallsack hineinströmen kann, um den Prallsack aufzublasen sein. Der Kaltgasaustritt kann eine Vorkammer oder Mischkammer zum Homogenisieren eines Gasstroms durch den Kaltgasaustritt aufweisen. Ein erstes Volumen kann eine erste Kammer für komprimiertes Gas sein. Ein zweites Volumen kann eine zweite Kammer für komprimiertes Gas sein. Die Volumina können unterschiedlich groß sein. Die Volumina können für unterschiedliche Innendrücke ausgelegt sein. Die Volumina können dazu ausgebildet sein, unterschiedliche Gase bereitzuhalten. Das erste Gas kann auch gleich dem zweiten Gas sein. Die Volumina können einen gemeinsame Trennwand aufweisen oder voneinander beabstandet angeordnet sein. Die erste Verbindungseinrichtung kann im Bereitschaftszustand gasundurchlässig sein, um das erste Volumen gasdicht verschlossen zu halten. Ansprechend auf den Aktivierungsimpuls kann die erste Verbindungseinrichtung gasdurchlässig gemacht oder geöffnet werden, um einen Austritt des ersten Gases aus dem ersten Volumen zu ermöglichen. Die erste Verbindungseinrichtung kann zwischen dem Kaltgasaustritt und dem ersten Volumen angeordnet sein. Der Aktivierungsimpuls kann beispielsweise ein elektrischer Impuls, ein thermischer Impuls oder ein mechanischer Impuls sein, der geeignet ist, die erste Verbindungseinrichtung zumindest teilweise zu öffnen, also gasdurchlässig zu machen. Der Aktivierungsimpuls kann gesteuert durch ein Steuergerät, das eine Unfallsensorik umfasst oder mit einer Unfallsensorik verbunden ist, bereitgestellt werden. Die erste Verbindungseinrichtung kann als Membran, Ventil oder andersartiger Verschluss ausgeführt sein. Die zweite Verbindungseinrichtung kann im Bereitschaftszustand gasundurchlässig sein, um das zweite Volumen gasdicht verschlossen zu halten. Ansprechend auf den oder einen weiteren Aktivierungsimpuls kann die zweite Verbindungseinrichtung gasdurchlässig oder offen werden, um einen Austritt des zweiten Gases aus dem zweiten Volumen in das erste Volumen oder direkt zu dem Kaltgasaustritt zu ermöglichen. Alternativ kann die zweite Verbindungseinrichtung als ständig zumindest teilweise geöffnete Verbindung zwischen dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen realisiert sein.
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Die zweite Verbindungseinrichtung kann eine Drossel sein, die dazu ausgebildet ist, das zweite Volumen mit dem ersten Volumen gasdurchlässig zu verbinden. Unter einer Drossel kann eine Öffnung mit definiertem Durchflussquerschnitt verstanden werden. Ein Durchflussquerschnitt der Drossel kann so gewählt sein, das das zweite Gas aus dem zweiten Volumen langsamer durch die Drossel in das erste Volumen strömen kann, als das Gas aus dem ersten Volumen in den Prallsack strömen kann. Beispielsweise kann der Durchflussquerschnitt der Drossel kleiner als ein Durchflussquerschnitt der Austrittsöffnung sein. Aufgrund der Drossel können vor der Aktivierung der ersten Verbindungseinrichtung in beiden Volumina gleiche Drücke herrschen. Nach der Aktivierung der ersten Verbindungseinrichtung kann bis zur Einstellung eines erneuten Druckausgleichs in dem ersten Volumen ein geringerer Druck als in dem zweiten Volumen herrschen. Durch die Drossel kann fortlaufend Gas von dem zweiten Volumen in den Prallsack nachströmen, um den Prallsack in einem aufgeblasenen Zustand zu halten.
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Die zweite Verbindungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, ansprechend auf einen vorbestimmten Druckunterschied zwischen dem zweiten Volumen und dem ersten Volumen, die beiden Volumen zu verbinden. In dem Bereitschaftszustand kann die zweite Verbindungseinrichtung verschlossen sein und das zweite Volumen gegenüber dem ersten Volumen gasdicht abgrenzen. Die zweite Verbindungseinrichtung kann ausgebildet sein, um bei Erreichen einer Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem zweiten Volumen und dem Druck in dem ersten Volumen gasdurchlässig zu werden, beispielsweise zu brechen. Daraufhin kann das Gas aus dem zweiten Volumen durch die gasdurchlässig gewordene zweite Verbindungseinrichtung in das erste Volumen, gedrosselt oder ungedrosselt, nachströmen. Der Druckunterschied kann so gewählt sein, das zwischen einem Zeitpunkt des Aktivierens der ersten Verbindungseinrichtung und einem Zeitpunkt des Öffnens der zweiten Verbindungseinrichtung eine vorbestimmte Zeitspanne liegt.
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Die zweite Verbindungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, ansprechend auf einen zweiten Aktivierungsimpuls das zweite Volumen mit dem Kaltgasaustritt zu verbinden. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Verbindungseinrichtung dazu ausgebildet sein, ansprechend auf den zweiten Aktivierungsimpuls das zweite Volumen mit dem Kaltgasaustritt zu verbinden. Durch den zweiten Aktivierungsimpuls kann ein Zeitpunkt der Nutzung des in dem zweiten Volumen gespeicherten zweiten Gases frei gewählt werden. Damit kann das Auslöseverhalten des Prallsacks an eine Unfallsituation angepasst werden.
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Der Kaltgasgenerator kann eine Aktivierungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein Aktivierungssignal, zumindest den ersten Aktivierungsimpuls bereitzustellen. Die Aktivierungseinrichtung kann eine Aktivierungsenergie bereitstellen, um die Verbindungseinrichtung zu aktivieren. Die Aktivierungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den elektrischen Impuls, den thermischen Impuls oder den mechanischen Impuls zum Aktivieren der Verbindungseinrichtung bereitzustellen. Ein Aktivierungssignal kann ein elektrisches Signal sein, das von einer Steuerung des Prallsacks empfangen werden kann.
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Die Aktivierungseinheit kann dazu ausgebildet sein, ansprechend auf ein weiteres Aktivierungssignal den zweiten Aktivierungsimpuls bereitzustellen. Dadurch kann mit einer Aktivierungseinheit zeitlich nacheinander die jeweils erforderliche Aktivierungsenergie für unterschiedliche Verbindungseinrichtungen bereitgestellt werden. Der zweite Aktivierungsimpuls kann sich beispielsweise in Bezug auf seine Intensität oder zeitliche Wirkungsdauer von dem ersten Aktivierungsimpuls unterscheiden.
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Der Kaltgasgenerator kann eine weitere Aktivierungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, ansprechend auf das weitere Aktivierungssignal den zweiten Aktivierungsimpuls bereitzustellen. Mittels einer weiteren Aktivierungseinheit kann der zweite Aktivierungsimpuls bereitgestellt werden, wenn die Verbindungseinrichtungen weiter entfernt voneinander angeordnet sind.
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Der Kaltgasgenerator kann zumindest einen weiteren Kaltgasaustritt und zumindest eine weitere Verbindungseinrichtung aufweisen. Die weitere Verbindungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, ansprechend auf einen zusätzlichen Aktivierungsimpuls eines der Volumen mit dem weiteren Kaltgasaustritt zu verbinden. Unter einem weiteren Kaltgasaustritt kann ein Bypass in eine Umgebung des Kaltgasgenerators verstanden werden, der ausgebildet ist, um Gas aus dem ersten Volumen oder aus dem zweiten Volumen ungenutzt in die Umgebung strömen zu lassen. Dadurch kann der Prallsack weniger hart eingestellt werden, um leichtere Gegenstände verbessert abfangen zu können. Der weitere Kaltgasaustritt kann einen definierten Strömungsquerschnitt aufweisen, wodurch er wie eine Drossel wirken kann.
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Das erste Volumen kann mit dem ersten Kaltgas unter einem ersten Druck gefüllt sein. Das zweite Volumen kann mit dem zweiten Kaltgas unter einem zweiten Druck gefüllt sein. Mittels unterschiedlicher Gase, Drücke und Volumina kann der Gasgenerator für verschiedene Situationen, beispielsweise für unterschiedliche Prallsäcke oder unterschiedliche Prallsackanwendungen, ausgelegt werden.
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Der Kaltgasgenerator kann weitere Volumina aufweisen, die über weitere Verbindungseinrichtungen mit dem Kaltgasaustritt oder mit anderen Volumina verbunden sind. Mit einer Mehrzahl von Volumina mit bedarfsgerechten Größen und Drücken kann der Prallsack über eine längere Zeitspanne aufgeblasen gehalten werden, um Aufprallenergie zu absorbieren. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn ein Körperteil erst bei einer Sekundärbeschleunigung eines Unfalls in den Prallsack geschleudert wird.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bereitstellen von Kaltgas für eine Prallsackaktivierung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Verbinden eines ersten Volumens für ein erstes Kaltgas mit einem Kaltgasaustritt zum Anschluss an den Prallsack, ansprechend auf einen ersten Aktivierungsimpuls; und
Verbinden eines zweiten Volumens für ein zweites Kaltgas mit dem Kaltgasaustritt oder dem ersten Volumen.
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Das Verfahren kann weitere Schritte des Verbindens umfassen, um eine Verbesserte Anpassung des Prallsacks an Unfallbedingungen zu ermöglichen. Das Verfahren kann jeweils in angepasster Weise ausgeführt werden, um einen Kaltgasgenerator gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu betreiben.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Darstellung eines Kaltgasgenerators gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit zwei Aktivierungseinrichtungen;
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2 eine Darstellung eines Kaltgasgenerators gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit einer Aktivierungseinrichtung;
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3 eine Darstellung eines Kaltgasgenerators gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit einer Aktivierungseinrichtung;
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4 eine Darstellung eines Kaltgasgenerators gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit einer Aktivierungseinrichtung und einem Bypass;
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5 eine Darstellung eines Kaltgasgenerators gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit einer Aktivierungseinrichtung und einer aktivierbaren Drossel;
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6 eine Darstellung eines Kaltgasgenerators gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit einer Aktivierungseinrichtung und einer Drossel;
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7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen von Kaltgas für eine Prallsackaktivierung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
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8 ein Fahrzeug mit einem Kaltgasgenerator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine Darstellung eines Kaltgasgenerators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Kaltgasgenerator weist einen Kaltgasaustritt 102, ein erstes Volumen V1, eine erste Verbindungseinrichtung 104, ein zweites Volumen V2, eine zweite Verbindungseinrichtung 106, eine erste Aktivierungseinrichtung 108 sowie eine zweite Aktivierungseinrichtung 110 auf.
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Das erste Volumen V1, das zweite Volumen V2 sowie eine Vorkammer des Kaltgasaustritts 102 sind innerhalb eines Druckbehälters 112 angeordnet. Die Vorkammer ist von dem ersten Volumen V1 durch eine erste Trennwand getrennt. Das erste Volumen V1 ist von dem zweiten Volumen V2 durch eine zweite Trennwand getrennt. Das erste Volumen V1 ist größer als das zweite Volumen V2.
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Die erste Aktivierungseinrichtung 108 ist an einem innerhalb der Vorkammer liegenden Bereich der Wand des Druckbehälters 112 angeordnet und ist dazu ausgebildet, ansprechend auf ein erstes Aktivierungssignal einen ersten Aktivierungsimpuls bereitzustellen. Anschlüsse der ersten Aktivierungseinrichtung 108 sind durch die Wand des Druckbehälters 112 hindurchgeführt, so dass das Aktivierungssignal von außerhalb des Druckbehälters 112 an die erste Aktivierungseinrichtung 108 bereitgestellt werden kann. Die erste Verbindungseinrichtung 104 ist der ersten Aktivierungseinrichtung 108 gegenüberliegend in der ersten Trennwand angeordnet. Die erste Verbindungseinrichtung 104 ist dazu ausgebildet, das erste Volumen V1 ansprechend auf den ersten Aktivierungsimpuls der ersten Aktivierungseinrichtung 108 mit dem Kaltgasaustritt 102 zu verbinden.
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Die zweite Aktivierungseinrichtung 110 ist an einem innerhalb des zweiten Volumens V2 liegenden Bereich der Wand des Druckbehälters 112 angeordnet und ist dazu ausgebildet, ansprechend auf ein zweites Aktivierungssignal einen zweiten Aktivierungsimpuls bereitzustellen. Anschlüsse der zweiten Aktivierungseinrichtung 110 sind durch die Wand des Druckbehälters 112 hindurchgeführt, so dass das Aktivierungssignal von außerhalb des Druckbehälters 112 an die erste Aktivierungseinrichtung 110 bereitgestellt werden kann. Die zweite Verbindungseinrichtung 106 ist der zweiten Aktivierungseinrichtung 110 gegenüberliegend in der zweiten Trennwand angeordnet. Die zweite Verbindungseinrichtung 106 ist dazu ausgebildet, das zweite Volumen V2 ansprechend auf den zweiten Aktivierungsimpuls mit dem ersten Volumen V1 zu verbinden.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird von der ersten Aktivierungseinrichtung 108 und der zweiten Aktivierungseinrichtung 110 jeweils ein Aktivierungsimpuls bereitgestellt, wenn die jeweiligen Aktivierungseinrichtungen 108, 110 ein Aktivierungssignal empfangen.
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Alternativ kann auch nur eine einzige Aktivierungseinrichtung vorgesehen sein, die ausgebildet ist, um sowohl den ersten Aktivierungsimpuls als auch den zweiten Aktivierungsimpuls bereitzustellen. Dazu kann die einzige Aktivierungseinrichtung beispielsweise in dem ersten Volumen V1 zwischen der ersten Verbindungseinrichtung 104 und der zweiten Verbindungseinrichtung 106 angeordnet sein. Die einzige Aktivierungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den ersten Aktivierungsimpuls ansprechend auf ein Empfangen des ersten Aktivierungssignals und den zweiten Aktivierungsimpuls ansprechend auf ein Empfangen des zweiten Aktivierungssignals bereitzustellen. Weiterhin kann die einzige Aktivierungseinrichtung dazu ausgebildet sein, den ersten Aktivierungsimpuls und den zweiten Aktivierungsimpuls zeitgleich ansprechend auf ein einzige Aktivierungssignal bereitzustellen.
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Im Folgenden wird anhand von 1 ein mehrstufiges, hier ein 2-stufiges, Kaltgasmodul 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Aktivierungseinrichtungen 108, 110 als Zündelemente oder Zündpillen und die Verbindungseinrichtungen 104, 106 als Membran, beispielsweise als Metallmembranen, ausgeführt.
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Das Kaltgasmodul 100 weist mehrere, hier zwei, Zündelemente 108, 110 auf, die bei Aktivierung durch einen Standard-Zündpuls die jeweilige Membran 104, 106 erhitzen und aufweichen, so dass der jeweils auf einer Seite der Membran herrschende Überdruck zu einem Durchbrechen der jeweiligen Membran 104, 106 führt und der Druck aus dem ersten Volumen V1 und eventuell aus dem zweiten Volumen V2 über die Auslassöffnung 102 entweichen kann. Dabei kann bei Zündung nur einer Stufe nur das Druckvolumen V1 geöffnet werden. Durch die zweite Zündstufe 110 kann das Volumen V2 vor der Zündung von V1 zugeschaltet werden, wodurch sich ein Druckausgleich zwischen dem Volumen V1 und dem Volumen V2 ergibt, bevor das Kaltgas durch die Auslassöffnung 102 entweicht. Alternativ kann eine adaptive Druckanpassung durch Öffnung oder Zuschaltung des Volumens V2 nach Öffnung des Volumens V1 erfolgen, also während des Ausströmvorgangs des ersten Gases aus dem Volumen V1. Der Druck in dem Volumen V1 kann bei geschlossenen Membranen 104, 106 größer, kleiner oder gleich dem Druck in dem Volumen V2 sein. Dadurch können entsprechend verschiedene Steuerungen realisiert werden.
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2 zeigt eine Darstellung eines Kaltgasgenerators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Kaltgasgenerator 100 ist im Wesentlichen entsprechend dem Kaltgasgenerator in 1 aufgebaut. Im Unterschied zu dem Kaltgasgenerator in 1 weist der Kaltgasgenerator 100 nur eine einzelne Aktivierungseinrichtung 200 auf. Weiterhin ist das Volumen V1 gleich dem Volumen V2. Die Aktivierungseinrichtung 200 ist entsprechend der ersten Aktivierungseinrichtung aus 1 in der Vorkammer angeordnet. Die erste Verbindungseinrichtung 104 und die zweite Verbindungseinrichtung 106 sind parallel zueinander in geringem Abstand voneinander hintereinander angeordnet und aneinander sowie gegenüber der Aktivierungseinrichtung 200 ausgerichtet. Die Aktivierungseinrichtung 200, die erste Verbindungseinrichtung 104 und die zweite Verbindungseinrichtung 106 sind auf gleicher Höhe des Druckbehälters entlang einer Linie angeordnet. Die zweite Verbindungseinrichtung 106 ist weiter als die erste Verbindungseinrichtung 104 von der Aktivierungseinrichtung 200 entfernt. Die zweite Verbindungseinrichtung 106 ist in Bezug auf die Aktivierungseinrichtung 200 hinter der ersten Verbindungseinrichtung 104 angeordnet. Zum Aktivieren der zweiten Verbindungseinrichtung 106 passiert der zweite Aktivierungsimpuls die bereits geöffnete ersten Verbindungseinrichtung 104.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Aktivierungseinrichtung 200 dazu ausgebildet, den ersten Aktivierungsimpuls zum Öffnen der ersten Verbindungseinrichtung 104 ansprechend auf ein Empfangen eines ersten Aktivierungssignals und einen zweiten Aktivierungsimpuls zum Öffnen der zweiten Verbindungseinrichtung 106 ansprechend auf ein Empfangen eines zweiten Aktivierungssignals bereitzustellen.
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Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Aktivierungseinrichtung 200 dazu ausgebildet, den ersten Aktivierungsimpuls und den zweiten Aktivierungsimpuls, als getrennte Impulse oder als ein gemeinsamer Impuls, zeitgleich ansprechend auf ein einziges Aktivierungssignal bereitzustellen.
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Im Folgenden wird anhand von 2 ein mehrstufiges, hier ein 2-stufiges, Kaltgasmodul 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Kaltgasmodul 100 weist nur eine multifunktionale Zündstufe 200 auf. Mit einer kurzen Ansteuerung der Zündstufe 200 wird nur die erste Membran 104 geöffnet, so dass das Gasvolumen V1 mit einem zugehörigen Druck P1 durch die Auslassöffnung 102 entweichen kann. Zu einem späteren Zeitpunkt kann während des Aufblasvorgangs des Airbags durch das Gasvolumen V1 mit derselben Zündstufe 200 die nächste, hier die zweite, Metallmembran 106 geöffnet werden, also eine Multizündung erfolgt, so dass das Volumen V2 mit einem Druck P2 während des Ausströmvorgangs hinzu geschaltet wird.
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Alternativ können durch einen stärkeren oder längeren Zündpuls an der Zündpille 200 gleich mit einem Puls beide oder mehrere Metallmembranen 104, 106 geöffnet werden, so dass die beiden Volumen V1 und V2 instantan zusammengeschaltet werden. Dadurch entsteht ein Druckausgleich zwischen den Drücken P1, P2 wenn das Kaltgas durch die Abströmöffnung 102 in den Airbag gelangt. Als Ausführungsvariante kann auch die zweite Membran 106, oder allgemein die n.-te Membran bei einer Anzahl von n benachbarten und durch n Membranen getrennten Volumen, automatisch bei einem bestimmten Differenzdruck selbst brechen oder als Drossel öffnen.
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3 zeigt eine Darstellung eines Kaltgasgenerators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Kaltgasgenerator 100 weist wie die Kaltgasgeneratoren aus den 1 und 2 ein erstes Volumen V1 und ein zweites Volumen V2 auf. Im Unterschied zu den 1 und 2 sind die Volumina V1 und V2 jeweils in einem separaten Druckbehälter 112 angeordnet. Die zwei Druckbehälter 112 sind auf gegenüberliegenden Seiten der die Auslassöffnung 102 umfassenden Vorkammer angeordnet. Im Bereitschaftszustand ist das erste Volumen V1 durch die erste Verbindungseinrichtung 104 und das zweite Volumen V2 durch die zweite Verbindungseinrichtung 106 gegenüber der Vorkammer gasdicht abgeschlossen. In der Vorkammer ist eine Aktivierungseinrichtung 200 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, einen ersten Aktivierungsimpuls zum Öffnen der ersten Verbindungseinrichtung 104 ansprechend auf ein Empfangen eines ersten Aktivierungssignals bereitzustellen und einen zweiten Aktivierungsimpuls zum Öffnen der zweiten Verbindungseinrichtung 106 ansprechend auf ein Empfangen eines zweiten Aktivierungssignals bereitzustellen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Aktivierungseinrichtung 200 näher an der ersten Verbindungseinrichtung 104 als an der zweiten Verbindungseinrichtung 106 angeordnet. Aufgrund der unterschiedlichen Abstände kann der erste Aktivierungsimpuls zwar ein Öffnen der ersten Verbindungseinrichtung 104 bewirken, jedoch nicht ein Öffnen der zweiten Verbindungseinrichtung 106. Zum Öffnen der zweiten Verbindungseinrichtung 106 kann die Aktivierungseinrichtung 200 ausgebildet sein, um den zweiten Aktivierungsimpuls stärker oder zeitlich länger als den ersten Aktivierungsimpuls auszuführen. Werden zwei Verbindungseinrichtungen 104, 106, wie beispielsweise bei diesem Ausführungsbeispiel, von einer einzigen Aktivierungseinrichtung 200 geöffnet, so kann die zu einem späteren Zeitpunkt zu öffnende Verbindungseinrichtungen 106 stabiler als die zu einem früheren Zeitpunkt zu öffnende Verbindungseinrichtung 104 ausgeführt sein. Alternativ können die Verbindungseinrichtungen 104, 106 gleich ausgeführt sein, und durch eine Anordnung oder Ausrichtung der Aktivierungseinrichtung 200 kann gewährleistet werden, dass durch den ersten Aktivierungsimpuls nur die erste der Verbindungseinrichtungen 104, 106 geöffnet wird.
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Die Aktivierungseinrichtung 200 kann auch ausgebildet sein, um den ersten Aktivierungsimpuls und den zweiten Aktivierungsimpuls zeitgleich ansprechend auf ein einziges Aktivierungssignal bereitzustellen. Dabei können der erste Aktivierungsimpuls und der zweite Aktivierungsimpuls als Teilimpulse eines einzigen Aktivierungsimpulses aufgefasst werden.
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Im Folgenden wird anhand von 3 ein mehrstufiges, hier ein 2-stufiges, Kaltgasmodul 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Kaltgasmodul 100 ist in einer T-förmigen Anordnung zweier separater Druckvolumina V1 und V2, mit Mittelverbindung durch einen Druckauslass 102 und eine multifunktionale Zündpille 200 realisiert. Die Zündpille 200 ist ausgebildet, um mit einem einfachen und/oder kurzen Zündpuls nur die linke Membran 104 von dem Volumen V1 zu öffnen. Ferner ist die Zündpille 200 ausgebildet, um durch einen längeren Impuls oder einen zweiten Impuls gleichzeitig oder später auch das Volumen V2 hinzuschalten.
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4 zeigt eine Darstellung eines Kaltgasgenerators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Kaltgasgenerator 100 ist im Wesentlichen entsprechend dem Kaltgasgenerator in 2 aufgebaut. Zusätzlich zu dem Kaltgasgenerator aus 2 weist der in 4 gezeigte Kaltgasgenerator 100 einen weiteren Kaltgasaustritt 400 auf. Eine weitere Verbindungseinrichtung 402 ist in einer weiteren Trennwand zwischen einer weiteren Vorkammer des weiteren Kaltgasaustritts 400 und dem ersten Volumen V1 angeordnet. Die weitere Verbindungseinrichtung 402 ist dazu ausgebildet, ansprechend auf einen weiteren Aktivierungsimpuls das erste Volumen V1 mit der weiteren Vorkammer zu verbinden. In der weiteren Vorkammer ist eine weitere Aktivierungseinheit 404 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein weiteres Aktivierungssignal den weiteren Aktivierungsimpuls bereitzustellen.
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Mit anderen Worten zeigt 4 ein mehrstufiges, hier ein 2-stufiges, Kaltgasmodul 100 wie es anhand von 2 beschrieben ist, jedoch mit einem zusätzlichen Bypass 400 in dem Volumen V1 nach außen.
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5 zeigt eine Darstellung eines Kaltgasgenerators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Kaltgasgenerator 100 ist im Wesentlichen entsprechend dem Kaltgasgenerator in 2 aufgebaut. Im Unterschied zu 2 weist der in 5 gezeigte Kaltgasgenerator 100 in der zweiten Verbindungseinrichtung 106 eine aktivierbare Drossel 500 auf. Die zweite Verbindungseinrichtung 106 ist dazu ausgebildet, ansprechend auf einen Aktivierungsimpuls der Aktivierungseinrichtung 200 das zweite Volumen V2 mit dem ersten Volumen V1 über einen definierten Strömungsquerschnitt der Drossel 500 zu verbinden. Die Drossel 500 wird im Bereitschaftszustand durch die Verbindungseinrichtung 106 geschlossen gehalten, so dass in dem Volumen V1 ein erster Druck P1 und in dem zweiten Volumen V2 ein sich von dem Druck P1 unterscheidender Druck P2 herrschen kann. Nach dem Öffnen der Drossel 500 können sich der Druck P1 und der Druck P2 angleichen. Alternativ können der Druck P1 und der Druck P2 im Bereitschaftszustand gleich sein.
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Mit anderen Worten zeigt 5 ein mehrstufiges, hier ein 2-stufiges, Kaltgasmodul 100 mit einer aktivierbaren Drossel 500. Aufgrund der aktivierbaren Drossel 500 können die Volumina V1, V2 unterschiedliche Drücke P1, P2 aufweisen.
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6 zeigt eine Darstellung eines Kaltgasgenerators 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Kaltgasgenerator 100 weist wie in 1 einen Kaltgasaustritt 102, ein erstes Volumen V1, eine erste Verbindungseinrichtung 104, ein zweites Volumen V2, eine zweite Verbindungseinrichtung 106 und eine erste Aktivierungseinrichtung 108 auf. Die Aktivierungseinrichtung 108 und die erste Verbindungseinrichtung 104 sind entsprechend dem anhand von 1 beschriebenen Kaltgasgenerator ausgeführt und angeordnet.
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Die zweite Verbindungseinrichtung 106 unterscheidet sich von der anhand von 1 beschriebenen zweiten Verbindungseinrichtung 106. Die zweite Verbindungseinrichtung 106 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als eine feste Drossel 600 ausgeführt. Die feste Drossel 600 weist bereits im Bereitschaftszustand eine gasdurchlässige Öffnung auf. Das erste Volumen V1 ist gleich dem zweiten Volumen V2. In beiden Volumina herrscht aufgrund der festen Drossel 600 in einem Bereitschaftszustand ein gleicher Druck P. Wenn die erste Aktivierungseinrichtung 108 die erste Verbindungseinrichtung 104 aktiviert, strömt das Kaltgas aus dem ersten Volumen V1 durch den Kaltgasaustritt 102 in den Prallsack und es entsteht ein Druckunterschied zwischen dem ersten Volumen V1 und dem zweiten Volumen V2. Durch die Drossel 600 mit festem Strömungsquerschnitt kann aufgrund des Druckunterschieds das Kaltgas aus dem zweiten Volumen V2 kontrolliert nachströmen.
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Mit anderen Worten zeigt 6 ein mehrstufiges, hier ein 2-stufiges, Kaltgasmodul 100 mit einer festen Drossel 600. Aufgrund der festen Drossel 600 weisen die Volumina V1, V2 im Bereitschaftszustand einen einheitlichen Druck P auf.
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Zusammenfassend zeigen die 1 bis 6 unterschiedliche Realisierungen mehrstufiger Kaltgasgeneratoren 100. Die Kaltgasreaktoren 100 sind möglichst einfach aufgebaut und bieten trotzdem Mehrstufigkeit sowie ein adaptives Aufblasverhalten.
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Ausführungen der oben beschriebenen Kaltgasmodule 100 betreffen verschiedene Realsierungsmöglichkeiten. Ein Gedanke ist dabei die Nutzung von getrennten Kaltgaskammern V1, V2, die miteinander innen verbunden werden können, um einen Druckausgleich der beiden Volumina V1, V2 zu schaffen. Die beiden ursprünglich getrennten Volumen V1, V2 sind innerhalb einer gemeinsamen Patrone 112 angeordnet und können unterschiedliche Drücke P1, P2 aufweisen. Auch können unterschiedliche Gassorten für die beiden Volumina V1, V2 verwendet werden. Die Trennmembran 104, 106 ist durchbrechbar, aktiv durch eine Zündung oder passiv durch eine bestimmte Druckdifferenz, die sich bei Zündung einer Stufe aufbauen kann.
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Die gesamte Trennwand kann auch flexibel biegbar sein. Die aufbrechende Trennmembran kann auch eine feste Drossel 600 enthalten, um z.B. die Aufblasdauer zu verlängern und damit auch den Aufblasvorgang insassenfreundlicher zu gestalten, wie es beispielsweise bei einem Softairbag der Fall ist. Diese Drossel 600 wird vorzugsweise in der Trennwand zwischen beiden Kammern V1, V2 eingesetzt. Insbesondere für Kopfairbags und Rollover-Curtains kann mit mehrstufigen Druckkammern V1, V2 eine längere Standzeit realisiert werden, indem die Leckage, aufgrund eines Luft- oder Gasdurchlass durch den Stoff und die Nähte des Prallsacks, durch "Nachströmen" ausgeglichen wird. Dadurch können einerseits die geforderten langen Standzeiten im Überschlagsfall erreicht werden und auf eine teuere Silikonisierung des Stoffes zur Abdichtung verzichtet werden. Die Ausführung der Drossel 600 zwischen zwei Teilkammern V1, V2 kann passiv realisiert sein, d.h. die Drossel 600 ist offen und P1 = P2, es herrscht also glleicher Druck auf beiden Seiten der Drossel 600. Wenn die Auslassöffnung 102 zum Airbag geöffnet wird, wirkt die Drossel 600 auf das Volumen V2, da die Abströmöffnung 102 zum Airbag wesentlich größer ist und das Volumen V1 direkt abströmt, während das Volumen V2 gedrosselt abströmt.
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Alternativ kann die Drossel 500 auch aktiv, wie bei der beschriebenen Membran 104, 106, geöffnet werden, so dass die beiden beteiligten Volumina V1, V2 unterschiedliche Drücke P1, P2 aufweisen und der Zeitpunkt der Drosselöffnung frei gewählt werden kann, beispielswiese durch eine Zündung. Neben der Ausführung, dass in den verschiedenen Teilkammern V1, V2 unterschiedliche Drücke P1, P2 herrschen können, können auch die Volumina V1, V2 selbst unterschiedlich groß sein. Beispielsweise kann eine Hauptstufe V1 mit zwei bis vier nachgeschalteten "kleinen Stufen" vorgesehen sein, denen jeweils eine eigene Volumenkammer zugeordnet ist. In mindestens einer Teildruckkammer V1, V2 kann optional auch ein Zusatzzünder 404 eine nach außen gerichtete Öffnung 400 öffnen, um schlagartig den Druck P zu reduzieren, indem eine Hälfte des Gases durch die Zusatzöffnung 400 außerhalb des Airbags entweicht. Der zeitliche Unterschied zwischen der Öffnung der Airbag-Auslassöffnung 102 und der Öffnung nach außen durch einen Bypass 400 bestimmt den Anteil der in den Airbag einströmenden Gasmenge sowie den Druck P. Dabei kann entweder die Öffnung des Bypasses 400 nach der Öffnung des Airbag-Auslasses 102 geschehen, oder aber gleichzeitig und auch anders herum, also vorher. Damit ergeben sich eine Vielzahl von Möglichkeiten den Airbag-Aufblasvorgang adaptiv zu gestalten.
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Die gezeigten Anordnungen, Formen, Größen und Größenverhältnisse der einzelnen Volumen V1, V2 sind nur beispielhaft gewählt und können den jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden. Ebenso ist eine Anordnung und Ausgestaltung der Verbindungseinrichtungen 104, 106 sowie der Aktivierungseinrichtungen 108, 110, 200, 404 nur beispielshaft gewählt und kann auf geeignete Weise variiert werden.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Bereitstellen von Kaltgas für eine Prallsackaktivierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 700 kann zum Betreiben eines Kaltgasgenerators eingesetzt werden, wie er beispielsweise anhand der 1 bis 6 beschrieben ist. Das Verfahren 700 weist einen ersten Schritt des Verbindens 702, einen zweiten Schritt des Verbindens 704 sowie einen weiteren Schritt des Verbindens 706 aufweist. Im ersten Schritt des Verbindens 702 wird ein erstes Volumen für ein erstes Kaltgas mit einem Kaltgasaustritt zum Anschluss an einen Prallsack verbunden. Dies erfolgt ansprechend auf einen ersten Aktivierungsimpuls. Im zweiten Schritt des Verbindens 704 wird ein zweites Volumen für ein zweites Kaltgas mit dem Kaltgasaustritt oder dem ersten Volumen verbunden. Dies erfolgt ansprechend auf einen zweiten Aktivierungsimpuls. In dem weiteren Schritt des Verbindens 706 wird ein weiteres Volumen für ein weiteres Kaltgas mit dem Kaltgasaustritt, dem ersten Volumen oder dem zweiten Volumen verbunden. Dies erfolgt ansprechend auf einen weiteren Aktivierungsimpuls. Ein einzelner Schritt des Verbindens 702, 704, 706 kann eine Stufe der Aktivierung des Prallsacks repräsentieren. Durch eine zeitliche Abfolge der Schritte kann der Prallsack beispielsweise über einen längeren Zeitraum in einen absorptionsbereiten Zustand gehalten werden. Durch ein Auslassen einzelner Schritte kann der Prallsack weniger stark aufgeblasen werden, wodurch beispielsweise ein leichterer Insasse einem geringeren Verletzungsrisiko ausgesetzt ist. Durch ein gleichzeitiges Durchführen zumindest zwei der Schritte des Verbindens 702, 704, 706 durch die jeweiligen getrennten Aktivierungsimpulse oder einen die jeweiligen Aktivierungsimpulse umfassenden gemeinsamen Aktivierungsimpuls kann das Aufblasen des Prallsacks beschleunigt werden.
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8 zeigt ein Fahrzeug 800 mit einem Kaltgasgenerator 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Kaltgasgenerator 100 kann es sich um einen der anhand der 1 bis 6 beschriebenen Kaltgasgeneratoren handeln. Der Kaltgasgenerator 100 ist über einen Kaltgasaustritt mit einem Prallsack 820 verbunden. Eine Öffnung des Prallsacks 820 kann dazu fest mit dem Kaltgasaustritt verbunden sein. Ein Steuergerät 830 ist, beispielsweise über eine elektrische Leitung, mit dem Kaltgasgenerator 100 verbunden. Bei dem Steuergerät 830 kann es sich um ein Airbag-Steuergerät handeln, wie es im Fahrzeugbereich zur Ansteuerung von Airbags bekannt ist. Je nach Ausführungsform und angestrebter Auslösecharakteristik des Prallsacks 820 ist das Steuergerät 830 ausgebildet, um ein oder mehrere Aktivierungssignale an eine oder mehrere Aktivierungseinrichtungen des Kaltgasgenerators 100 bereitzustellen, um einen oder mehrere Aktivierungsimpulse auszulösen, ansprechend auf den oder die ein Ausströmen von Gas durch den Kaltgasaustritt in den Prallsack 820 hinein erfolgt.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
