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Die Erfindung betrifft einen Aktuator und ein Fahrzeugschutzsystem mit einem Aktuator, insbesondere ein Gassacksystem.
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Beim Schutz von Fahrzeuginsassen oder Personen außerhalb des Fahrzeugs ist Zeit ein kritischer Faktor. Das Auslösen der Schutzsysteme wie z. B. Gassäcken, Gurtstraffern oder einer Lenksäulendämpfung muss bereits Millisekunden nach einem Unfall erfolgen, damit diese Systeme eine ausreichende Schutzwirkung entfalten können.
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Gassäcke, insbesondere in Fahrzeugsicherheitssystemen, die einen Aufprall einer Person bei einem Unfall dämpfen sollen, werden bei ihrer Aktivierung durch eine Druckgasquelle befüllt und aus einem zusammengelegten Zustand aufgeblasen. Um diese Formänderung in kürzester Zeit zu erreichen und um auch hohe beim Aufprall wirkende Kräfte zu berücksichtigen, wird der Gassack straff aufgeblasen, so dass in seinem Inneren ein hoher Innendruck herrscht. Auf diese Weise ist die Auffangwirkung des Gassacks auch bei einer großen und schweren Person gegeben. Bei einer leichten, zierlichen Person oder einer ungünstigen Sitzposition zum Gassack kann sich jedoch ein zu hoher Gassackinnendruck hinderlich auf die Rückhaltewirkung auswirken. Aus diesem Grund werden Gassäcke oft mit Ausströmöffnungen versehen, durch die Gas entweichen kann, um den Innendruck zu reduzieren.
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Es ist auch bekannt, ein Teilvolumen des Gassacks zunächst abzuteilen und nur bei Bedarf zu befüllen, beispielsweise indem eine abtrennende Reißnaht zerstört wird.
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Um situationsabhängig bedarfsgerecht z. B. den optimalen Innendruck des Gassacks einzustellen, werden diverse Mechanismen eingesetzt, mit denen beispielsweise Ausströmöffnungen freigegeben oder verschlossen werden können. Lösungen zur Übertragung des Auslöseimpulses von der Steuerung zum jeweiligen Mechanismus am Schutzsystem sind jedoch meist komplex und teuer.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Aktuator mit einer besonders schnellen Auslösezeit zu schaffen.
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Erfindungsgemäß weist ein Aktuator, insbesondere für ein Fahrzeugschutzsystem, wenigstens einen temperaturbedingt formveränderlichen Draht aus einer Formgedächtnislegierung und ein langgestrecktes pyrotechnisches Element auf, das so mit dem formveränderlichen Draht verbunden ist, dass der Draht bei einer Zündung des pyrotechnischen Elements erhitzt wird und eine Längenänderung erfährt. Der extrem schnelle Abbrand des pyrotechnischen Elements mit einer Geschwindigkeit von bis zu 8000 m/s bei Entwicklung einer hohen Temperatur führt zu einem schnellen Wärmeübertrag auf den formveränderlichen Draht insbesondere praktisch gleichzeitig über die gesamte Ausdehnung des Drahtes. Es hat sich herausgestellt, dass eine Erhitzung durch Zünden einer pyrotechnischen Ladung in der Nähe des Drahtes eine deutlich schnellere Wärmeübertragung auf den Draht zu Folge hat als eine Erhitzung durch Stromdurchfluss. Mit einem erfindungsgemäßen Aktuator lassen sich z. B. Auslösezeiten von unter einer Millisekunde erreichen.
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Der Draht ist vorzugsweise mit wenigstens einem zu bewegenden Bauteil verbunden, dessen Verlagerung z. B. einen Regulierungsmechanismus für den Innendruck eines Gassacks betätigt, einen Entriegelungsmechanismus freigibt oder eine beliebige andere erwünschte Wirkung hervorruft.
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Der Draht besteht vorzugsweise aus einer bekannten Formgedächtnislegierung und nimmt aufgrund einer temperaturbedingten Änderung der Kristallstruktur bei verschiedenen Temperaturen unterschiedliche Formen an. Diese Formänderung geht bei entsprechender Hitzeeinwirkung in weniger als einer Millisekunde vonstatten. Normalerweise ist dieser Prozess reversibel, bei Überschreiten einer materialbedingten Maximaltemperatur kann diese Reversibilität jedoch verloren gehen. Dies ist aber für die Erfindung nicht entscheidend, da zur Bedienung des Aktuators insbesondere für ein Fahrzeugschutzsystem meist auch eine einmalige Formänderung ausreichend ist. Der Aktuator kann aber auch so ausgelegt werden, dass der Formveränderungsprozess reversibel abläuft.
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Es ist auch möglich, neben dem pyrotechnischen Element eine weitere Wärmequelle vorzusehen, z. B. durch einen elektrischen Stromfluss durch den Draht, so dass der Aktuator auch für weitere, reversibel ablaufende Auslösebewegungen eingesetzt werden kann.
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Es hat sich herausgestellt, dass sowohl die Geschwindigkeit der Formänderung als auch die durch die Formänderung des Drahts aufgebrachte Kraft ohne Weiteres ausreichend ist, um Prozesse in einem Fahrzeugschutzsystem auszulösen, z. B. einen Regulierungsmechanismus für den Innendruck eines Gassacks zu betätigen.
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Es können mehrere Drähte im Aktuator vorgesehen sein, die mit demselben oder mit unterschiedlichen zu bewegenden Bauteilen verbunden sind und die durch ein gemeinsames pyrotechnisches Element erhitzt werden.
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Wenn der Draht gleichzeitig auf seiner gesamten Länge erhitzt wird, erfolgt eine besonders schnelle Formänderung. Daher ist es vorteilhaft, wenn das pyrotechnische Element sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des formveränderlichen Drahts erstreckt.
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Genauso ist es zur schnellen Wärmeübertragung hilfreich, wenn der Draht wenigstens abschnittsweise durch das pyrotechnische Element und/oder wenigstens abschnittsweise außen am pyrotechnischen Element verläuft.
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Ein direkter Kontakt zwischen pyrotechnischem Element und formveränderlichem Draht erhöht die Wärmeübertragung auf den Draht. Es ist aber durchaus auch möglich, den Draht mit einem Abstand zum pyrotechnischen Element anzuordnen.
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Vorzugsweise ist der Draht an einem Ende fest am Fahrzeug bzw. einem fahrzeugfestem Bauteil und am anderen Ende fest am zu bewegenden Bauteil befestigt. So ist auch eine gute Übertragung der Zugkraft sichergestellt.
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Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform eines Aktuators ist das pyrotechnische Element ein Zündschlauch. Zündschläuche (im Englischen „Shock Tubes” genannt) sind beispielsweise Kunststoffschläuche, die in ihrem Inneren mit einem pyrotechnischen Material beschichtet sind, das bei seiner Zündung entlang des Schlauchs abbrennt. Dabei wird ein Zündimpuls von einem Ende des Zündschlauchs zum anderen übertragen, gleichzeitig wird aber durch den Abbrand des pyrotechnischen Materials im Inneren des Zündschlauchs Hitze erzeugt. Erfindungsgemäß wird diese Hitzeeinwirkung genutzt, um den Draht aus einer Formgedächtnislegierung zu erhitzen und so seine Verformung zu bewirken.
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Das pyrotechnische Element kann auch einen Gewebeschlauch umfassen, beispielsweise anstelle eines Kunststoffschlauchs aus massivem Material. Der Gewebeschlauch ist vorzugsweise mit pyrotechnischem Material beschichtet. Die Beschichtung ist vorteilhaft an der Innenseite des Gewebeschlauches aufgebracht, und der Draht verläuft bevorzugt durch den Gewebeschlauch.
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Alternativ lässt sich das pyrotechnische Element aber beispielsweise auch als Körper gestalten, der mit einem pyrotechnischen Material beschichtet ist. Der Körper kann dabei starr oder zumindest abschnittsweise verformbar und wenigstens teilweise massiv ausgebildet sein.
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Es ist möglich, z. B. entlang des Körpers eine Nut vorzusehen, in der der formveränderliche Draht verläuft. Es kann ausreichend sein, nur den Bereich in der direkten Umgebung des Drahtes mit einer pyrotechnischen Beschichtung zu versehen.
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Nach einer anderen Ausführungsform ist das pyrotechnische Element durch eine auf den Draht selbst aufgebrachte Beschichtung aus pyrotechnischem Material gebildet.
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Der formveränderliche Draht kann gestreckt am pyrotechnischen Element verlaufen.
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Es kann aber auch vorteilhaft sein, um die Gesamtlänge des Drahtes und damit die Zugstrecke zu erhöhen und/oder um die Gesamtlänge des pyrotechnischem Elements verkürzen zu können, den formveränderlichen Draht wenigstens abschnittsweise gekrümmt, insbesondere wendel- oder zickzackförmig, verlaufen zu lassen.
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Um die Umgebung des pyrotechnischen Elements vor übermäßiger Wärmeeinwirkung zu schützen, ist es möglich, am pyrotechnischen Element eine Wärmeisolierung vorzusehen. Die Wärmeisolierung kann beispielsweise aus einer Schicht eines Isoliermaterials wie etwa einer Aerogelschicht bestehen. Die Verwendung eines Aerogels hat den Vorteil, dass das Material sehr leicht ist und eine feuerhemmende Wirkung hat.
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Der Draht verformt sich beim Erhitzen vorzugsweise so, dass er eine Zugkraft auf das zu bewegende Bauteil ausübt. Der Draht kann sich verkürzen oder abschnittsweise krümmen, sodass sich der Abstand zwischen dem fahrzeugfesten Ende des Drahtes und der Befestigung des Drahts am Regulierungsmechanismus verringert.
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Der Draht kann vor der Aktivierung des Gassacksystems um eine vorbestimmte Länge über ein Ende des pyrotechnischen Elements hinausragen. Diese vorbestimmte Länge entspricht beispielsweise der Verkürzung, die der Draht durch das Erhitzen erfährt, beziehungsweise dem Zugweg, den der Draht aufbringen kann.
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Die Formänderung könnte natürlich auch so ausgelegt sein, dass der Draht sich streckt und eine Schubkraft auf das zu bewegende Element ausübt.
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Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Gassacksystem zu schaffen, bei dem der Innendruck des Gassacks einfach, zuverlässig und kostengünstig beeinflusst und insbesondere ein Regulierungsmechanismus auf einfache Weise betätigt werden kann.
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Erfindungsgemäß ist hierzu ein Gassacksystem mit einem Gassack vorgesehen, der einen Regulierungsmechanismus für den Gassackinnendruck aufweist, wobei der Draht des Aktuators so mit dem Regulierungsmechanismus verbunden ist, dass eine Formänderung des Drahtes eine Kraft auf den Regulierungsmechanismus ausübt, was wiederum eine Veränderung des Gassackinnendrucks zur Folge hat.
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Der Regulierungsmechanismus kann beliebig ausgebildet sein und beispielsweise zum Öffnen oder Verschließen von Ausströmöffnungen oder zum Freigeben weiterer Teilvolumina des Gassacks dienen.
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Nach einer ersten Variante ist der Regulierungsmechanismus ein Entlüftungsmechanismus, und der Gassack weist wenigstens eine Ausströmöffnung auf, die durch den Entlüftungsmechanismus zu öffnen und/oder zu verschließen ist. Hierzu ist vorzugsweise der Draht so mit dem Entlüftungsmechanismus verbunden, dass eine Formänderung des Drahtes eine Kraft auf den Entlüftungsmechanismus ausübt, die zum Öffnen und/oder Verschließen der Ausströmöffnung führt.
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Beispielsweise kann der Entlüftungsmechanismus ein am Gassack befestigtes Verschlusselement aufweisen, an dem der Draht des Aktuators angreift. Dieses Verschlusselement liegt z. B. über einer Ausströmöffnung und wird durch die Bewegung des Drahtes von der Ausströmöffnung entfernt oder über die Ausströmöffnung gebracht, so dass die Ausströmöffnung durch die Kraft des Drahtes geöffnet oder geschlossen wird.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist das Verschlusselement über wenigstens eine Reißnaht über der Ausströmöffnung fixiert, und die Zugkraft des Drahtes des Aktuators löst das Verschlusselement von der Ausströmöffnung, so dass die zunächst verschlossene Ausströmöffnung geöffnet wird. In einem ersten Zustand bei einem ersten Formzustand des Drahts des Aktuators, in dem dieser vorzugsweise langgestreckt ist, wirkt keine Zugkraft auf das Verschlusselement. In einem zweiten Zustand nach Aktivierung des Regulierungsmechanismus, bei einem zweiten Formzustand des Drahts des Aktuators, bei dem dieser vorzugsweise verkürzt ist, wird das Verschlusselement durch die angreifende Zugkraft vom Gassack gelöst.
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Das Verschlusselement ist nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform im ersten Zustand im ersten Formzustand des Drahts des Aktuators von der Ausströmöffnung abgehoben, so dass Gas aus der Ausströmöffnung und dem Gassack entweichen kann, und verschließt im zweiten Zustand im zweiten Formzustand des Drahts die Ausströmöffnung. Hier bietet sich die Verwendung eines starren, platten- oder klappenförmigen Verschlusselements an.
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Der erste Zustand ist auch hier vorteilhaft der Zustand vor der Aktivierung des Aktuators und de Regulierungsmechanismus, und in seinem ersten Formzustand ist der Draht des Aktuators vorteilhaft lang gestreckt. Der zweite Zustand ist vorzugsweise der Zustand nach der Aktivierung des Aktuators und des Regulierungsmechanismus, wobei der zweite Formzustand des Drahts eine verkürzte Form beziehungsweise eine abschnittsweise gekrümmte Form sein kann.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, wie bei der ersten Ausführungsform die Ausströmöffnung im ersten Zustand zu geschlossen halten und sie im zweiten Zustand zu öffnen.
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In einer dritten bevorzugten Ausführungsform ist der Rand der Ausströmöffnung so mit dem Draht des Aktuators verbunden, dass eine durch den Draht ausgeübte Zugkraft die Fläche der Ausströmöffnung verringert. Hierzu kann beispielsweise der Rand der Ausströmöffnung an mehreren Stellen über Bänder oder Fadenschlingen mit dem Drahtende verbunden sein, so dass ein Zug senkrecht zur Gassackwand den Rand der Ausströmöffnung trichterfömig zusammenzieht und diese somit verschließt. Eine andere Möglichkeit ist, eine Fadenschlinge entlang des Rands der Ausströmöffnung zu verlegen, die gegenüber dem Gassackgewebe beweglich angeordnet ist, so dass bei Zug am Faden durch den Draht die Schlinge zugezogen und die Ausströmöffnung verschlossen wird.
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Nach einer vierten bevorzugten Ausführungsform weist der Entlüftungsmechanismus mehrere spezielle Fäden in der Gassackwand auf, die so ausgebildet sind, dass sie bei einer Zugbelastung aus der Gassackwand entfernbar sind, wobei die Fäden mit dem Draht des Aktuators verbunden sind. Beispielsweise können die Fäden mit den Kettfäden verwoben sein und die Kettfäden dichter zusammenhalten, als die eigentliche Webstruktur in diesem Abschnitt des Gassackgewebes vorgeben würde. Bei Entfernen der speziellen Fäden durch den durch den Draht ausgeübten Zug weitet sich der Abstand der Kettfäden in diesem Bereich, und das Gewebe wird gasdurchlässiger. Auf diese Weise entsteht eine Ausströmöffnung. Es könnte auch ein Teil der Kettfäden an sich herausgezogen werden, auch dies führt zu einer erhöhten Gasdurchlässigkeit des Gewebes in einem bestimmten Bereich, der dann die Ausströmöffnung bildet.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Gassack ein Teilvolumen, das vor einer Aktivierung des Aktuators und des Regulierungsmechanismus strömungsmäßig vom Rest des Gassacks abgeteilt ist, und der Regulierungsmechanismus ist ein Belüftungsmechanismus, der so mit dem Draht verbunden ist, dass bei der Aktivierung des Gassacksystems Gas in das abgeteilte Teilvolumen strömt.
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Das Teilvolumen ist beispielsweise nach einer bevorzugten Ausführungsform zunächst durch eine Reißnaht abgeteilt, wobei der Draht des Aktuators Zug auf die Reißnaht ausübt und bei Aufreißen der Reißnaht das Gas in das Teilvolumen einströmt. Dadurch vergrößert sich zum einen das Volumen und damit die Auffangfläche des Gassacks, zum anderen verringert sich der Innendruck im Gassack, da sich das im Gassack enthaltene Gas auf ein größeres Volumen verteilt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein Aktuator in einem Fahrzeugschutzsystem mit einem Entriegelungsmechanismus verbunden, der so ausgelegt ist, dass er bei einer Aktivierung des Aktuators ein belastetes Bauteil freigibt. Dieses belastete Bauteil kann nach der Freigabe seine Position verändern, worüber z. B. vorher relativ zueinander fixierte Fahrzeugteile gegeneinander bewegt werden können, etwa, um Unfallkräfte abzubauen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsformen und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Aktuators gemäß einer ersten Ausführungsform, aus einem pyrotechnischen Element in Form eines Zündschlauchs und einem in diesem geführten Draht aus einer Formgedächtnislegierung, z. B. zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Fahrzeugschutzsystem;
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2 eine schematische Schnittansicht durch den Aktuator aus 1 vor der Zündung des Zündschlauchs;
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3 die Baugruppe aus 2 nach der Zündung des Zündschlauchs;
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4 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Aktuators gemäß einer zweiten Ausführungsform, aus einem pyrotechnischen Element in Form eines beschichteten Gewebeschlauchs und einem in diesem geführten Draht aus einer Formgedächtnislegierung z. B. zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Fahrzeugschutzsystem;
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5 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Aktuators gemäß einer dritten Ausführungsform aus einem pyrotechnischen Element in Form eines beschichteten und wärmeisolierten Gewebeschlauchs und mehreren in diesem geführten Drähten aus einer Formgedächtnislegierung, z. B. zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Fahrzeugschutzsystem;
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6 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Aktuators gemäß einer vierten Ausführungsform, aus einem pyrotechnischen Element in Form einer auf einen Draht aus einer Formgedächtnislegierung aufgebrachten Beschichtung aus einem pyrotechnischen Material, z. B. zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Fahrzeugschutzsystem;
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7 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Aktuators gemäß einer fünften Ausführungsform, aus einem pyrotechnischen Element in Form eines mit einer Beschichtung aus einem pyrotechnischen Materials versehenen Körpers und einem an dessen Außenseite geführten Draht aus einer Formgedächtnislegierung, z. B. zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Fahrzeugschutzsystem;
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8 das pyrotechnische Element aus 7;
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9 eine schematische Ansicht eines pyrotechnischen Elements in Form eines Körpers, der eine Nut aufweist, in der ein Draht aus einer Formgedächtnislegierung geführt werden kann;
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10 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Aktuators gemäß einer sechsten Ausführungsform, aus einem pyrotechnischen Element in Schlauchform, in dessen Inneren ein wendelförmiger Draht aus einer Formgedächtnislegierung geführt ist, z. B. zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Fahrzeugschutzsystem;
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11 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Aktuators gemäß einer siebten Ausführungsform, aus einem schlauchförmigen pyrotechnischen Element in dessen Innerem ein eine Zickzackform aufweisender Draht aus einer Formgedächtnislegierung geführt ist, z. B. zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Fahrzeugschutzsystem;
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12 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugschutzsystems in Form eines Gassacksystems nach einer ersten Ausführungsform mit einem Regulierungsmechanismus;
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13 schematisch eine Variante des in 12 gezeigten Regulierungsmechanismus;
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14 schematisch einen weiteren Regulierungsmechanismus für ein erfindungsgemäßes Gassacksystem;
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15 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gassacksystems gemäß einer zweiten Ausführungsform vor Aktivierung des Regulierungsmechanismus;
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16 das Gassacksystem aus 12 nach Aktivierung des Regulierungsmechanismus;
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17 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gassacksystems gemäß einer dritten Ausführungsform vor der Aktivierung des Regulierungsmechanismus;
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18 das Gassacksystem aus 14 nach der Aktivierung des Regulierungsmechanismus;
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19 ein schematisches Detail aus 14, das die Ausströmöffnung des Gassacks zeigt;
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20 ein erfindungsgemäßes Gassacksystem in schematischer Ansicht gemäß einer vierten Ausführungsform;
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21 eine schematische Schnittansicht des Gassacksystems aus 12 vor der Aktivierung des Regulierungsmechanismus;
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22 das Gassacksystem aus 18 nach der Aktivierung des Regulierungsmechanismus;
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23 ein erfindungsgemäßes Gassacksystem in einer schematischen Schnittansicht gemäß einer fünften Ausführungsform vor der Aktivierung des Regulierungsmechanismus;
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24 das Gassacksystem aus 20 nach der Aktivierung des Regulierungsmechanismus;
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25 eine schematische Ansicht eines Entriegelungsmechanismus mit einem erfindungsgemäßen Aktuator für ein erfindungsgemäßes Fahrzeugschutzsystem im verriegelten Zustand; und
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26 den Entriegelungsmechanismus aus 25 im entriegelten Zustand.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines Aktuators 10 mit einem pyrotechnischen Element 12 und einem Draht 14 aus einer Formgedächtnislegierung dargestellt.
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Das pyrotechnische Element 12 ist hier ein konventioneller Zündschlauch. Der Draht 14 verläuft langgestreckt durch das hohle Innere des Zündschlauchs hindurch.
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Als Formgedächtnislegierung kann eine bekannte Legierung verwendet werden, beispielsweise Nickel-Titan oder Kupfer-Zink.
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Der Draht 14 hat in seinem ersten, kalten Zustand vor der Zündung des pyrotechnischen Elements 12 eine dünne lang gestreckte Form.
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Der Draht 14 verläuft vollständig durch das Innere des Zündschlauchs und ist an seinem einen Ende an einer Befestigungsplatte 16 des Aktuators 10 fest angebracht.
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Auch das pyrotechnische Element 12, also der Zündschlauch, ist an seinem einem Ende an der Befestigungsplatte 16 befestigt.
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An der Befestigungsplatte 16 ist außerdem ein elektrischer Anzünder 18 angeordnet, der mit einem pyrotechnischen Material 20 in Kontakt ist, das als durchgehende Beschichtung an der Innenseite des Zündschlauchs aufgebracht ist und der dieses Material 20 bei Stromzufuhr anzündet. Der Anzünder 18 ist in Kontakt mit einer (nicht dargestellten) Steuereinheit und kann so situationsbedingt angesprochen werden, z. B. abhängig von Größe und Position der aufzufangenden Person.
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Die Befestigungsplatte 16 ist im eingebauten Zustand fahrzeugfest fixiert und bleibt dies auch während der gesamten Aktivierung des Aktuators bzw. des Fahrzeugschutzsystems.
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Der Draht 14 ist beispielsweise mit einem Regulierungsmechanismus 22 verbunden, wobei ein Ende 24 des Drahtes 14 so am Regulierungsmechanismus 22 angreift, dass der Draht 14 eine Zugkraft F auf den Regulierungsmechanismus 22 ausüben kann (schematisch dargestellt in den 2 und 3).
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In seinem ersten Zustand ragt das regulierungsmechanismusseitige Ende 24 des Drahts 14 über eine vorbestimmte Länge L1 aus dem Zündschlauch heraus (siehe 2).
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Der zweite Zustand des Drahts 14, den dieser bei Erwärmung einnimmt, ist so gewählt, dass der Draht 14 insgesamt eine Verkürzung ΔL erfährt und/oder eine abschnittsweise Verkrümmung (nicht dargestellt). Diese Formänderung geschieht entweder über die gesamte Länge des Drahtes 14 oder in einem Bereich, in dem der Draht 14 innerhalb des Zündschlauchs verläuft. Als Ergebnis verringert sich die vorbestimmte Länge, die der Draht 14 über den Zündschlauch hinausragt, um die Länge ΔL auf die Länge L2, die deutlich kürzer ist als die Länge L1, beispielsweise um bis zu 10 cm.
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Aufgrund dieser Längenänderung wird durch das Ende 24 des Drahts 14 auf den Regulierungsmechanismus 22 eine Zugkraft F ausgeübt.
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Die zur Erhitzung des Drahts 14 notwendige Wärmeenergie wird vom pyrotechnischen Material 20 im Inneren des Zündschlauchs bei dessen Zündung aufgebracht (siehe 3). Da der Draht 14 durch das Innere des Zündschlauchs verläuft, wird der Draht 14 bei Abbrand des pyrotechnischen Materials 20 auf seiner ganzen Länge schnell und gleichmäßig erwärmt, so dass die Formänderung des Drahts 14 schnell und gleichmäßig eintritt.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden gleiche oder sehr ähnliche Bauteile in allen Ausführungsformen mit denselben Bezugszeichen benannt.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ist das pyrotechnische Element 12 durch einen auf der Innenseite mit dem pyrotechnische Material 20 beschichteten Schlauch 26 aus einem Gewebe gebildet.
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Der formveränderliche Draht 14 verläuft durch das Innere des Gewebeschlauches 26. Die Verwendung und die Aktivierung und Erhitzung des Drahtes 14 erfolgt wie bei der gerade beschriebenen Ausführungsform.
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5 zeigt eine Ausführungsform, bei der das pyrotechnische Element 12 einen Schlauch 26 aus einem Kunststoff oder einem Gewebe aufweist, dessen Innenseite mit einer Wärmeisolierung 28, beispielsweise einer Beschichtung aus einem Aerogel, bedeckt ist, die eine Wärmeabgabe nach außen reduziert. Als radial innerste Schicht, die als Beschichtung auf die Wärmeisolierung 28 aufgebracht ist, ist das pyrotechnische Material 20 vorgesehen.
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Im Hohlraum im Inneren des schlauchförmigen pyrotechnischen Elements 12 verlaufen in diesem Beispiel mehrere formveränderliche Drähte 14 (hier sind es beispielsweise fünf Drähte, es könnte aber auch nur ein Draht vorgesehen sein). Alle Drähte 14 sind jeweils an der fahrzeugfesten Befestigungsplatte 16 fixiert. Die freien Enden 24 der Drähte 14 können zu demselben oder zu unterschiedlichen Regulierungsmechanismen 22 führen.
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Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform ist das pyrotechnische Material 20 in Form einer Beschichtung unmittelbar auf die Außenoberfläche des formveränderlichen Drahtes 14 aufgebracht. In diesem Fall ist der gesamte Draht 14 vom pyrotechnischen Material 20 umhüllt. Das pyrotechnische Element 12 ist hier durch die Beschichtung aus pyrotechnischem Material 20 realisiert.
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Die Detailansicht in 6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Drahtes 14 mit der Beschichtung aus pyrotechnischen Material 20.
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In der in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsform besteht das pyrotechnische Element 12 aus einem starren Körper 30, hier in Form eines langgestreckten, runden Stabs, der mit dem pyrotechnischen Material 20 in Form einer den gesamten Umfang des Körpers 30 überziehenden Beschichtung versehen ist.
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Der formveränderliche Draht 14 ist hier wendelförmig um das pyrotechnische Element 12 herum gewickelt. In 7 ist der Draht 14 mit Abstand zur Außenoberfläche des pyrotechnischen Elements 12 gezeigt, er kann aber auch direkt auf dessen Oberfläche anliegen, um die Wärmeübertragung zu erhöhen.
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Der Körper 30 ist in diesem Beispiel gerade verlaufend dargestellt, er kann aber jede beliebige Form aufweisen.
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9 zeigt eine Variante eines Körpers 30, entlang dessen Außenoberfläche eine lang gestreckte Nut 32 verläuft, die zur Aufnahme des formveränderlichen Drahtes 14 ausgelegt ist. Der Körper 30 ist entweder insgesamt oder nur im Bereich der Nut 32 mit dem pyrotechnischen Material 20 versehen (hier nicht dargestellt).
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Bei den beiden in den 10 und 11 gezeigten Ausführungsformen verläuft der Draht 14 nicht lang gestreckt durch das pyrotechnische Element 12, sondern gekrümmt oder zick-zack-förmig, um seine effektive Länge und damit die effektive Verkürzungslänge ΔL zu erhöhen.
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Im Fall der in 10 gezeigten Variante ist der Draht über einen wesentlichen Teil seiner Länge wendelförmig gewickelt, wobei die Wendel auf durch das Innere des schlauchförmig gestalteten pyrotechnischen Elements 12 verläuft.
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Im Fall der 11 gezeigten Variante ist der Draht zick-zack-förmig gebogen. Er verläuft auch hier durch das schlauchförmige pyrotechnische Element 12.
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In allen Fällen erstreckt sich das pyrotechnische Material 20 im Wesentlichen durchgehend entlang des pyrotechnischen Elements 12, damit das gesamte pyrotechnische Material 20 abbrennt, wenn es an einem Ende des pyrotechnischen Elements 12 angezündet wird.
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12 zeigt ein Fahrzeugschutzsystem gemäß einer ersten Ausführungsform, hier in Form eines Gassacksystems 100, mit einem Gassack 130, der in einer Wandung eine Ausströmöffnung 132 aufweist. Ein Regulierungsmechanismus 122, der hier als Entlüftungsmechanismus ausgebildet ist, ist im Bereich der Ausströmöffnung 132 an der Gassackwand befestigt. Die Ausströmöffnung 132 ist vor der Aktvierung des Regulierungsmechanismus 122 von einem Verschlusselement 134 bedeckt und im Wesentlichen gasdicht verschlossen.
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Eine vorgefertigter Aktuator 10 verläuft hier von einem (nicht dargestellten) fahrzeugfesten Befestigungspunkt, beispielsweise an der fahrzeugseitigen Befestigung eines Gasgenerators, der das zum Befüllen des Gassacks nötige Füllgas liefert, durch das Innere des Gassacks 130 bis zum Regulierungsmechanismus 122. Der Aktuator 10 ist so angeordnet, dass das regulierungsmechanismusseitige Ende 24 des Drahts 14 am Verschlusselement 134 angreift.
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Es kann für alle Ausführungsformen des Fahrzeugschutzsystems ein beliebiger Aktuator 10, insbesondere einer der gerade beschriebenen Aktuatoren 10, verwendet werden.
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Das als Gewebelappen ausgebildete Verschlusselement 134 ist über Reißnähte 136 an der Wandung des Gassacks 130 über der Ausströmöffnung 132 befestigt. Durch die Kraft F, die bei Aktivierung des Gassacksystems und Verformung des Drahts 14 auf das Drahtende 24 und damit auf das Verschlusselement 134 ausgeübt wird, wird die zur Zerstörung der Reißnähte 136 nötige Kraft überschritten, so dass sich das Verschlusselement 134 von der Ausströmöffnung 132 löst und diese öffnet. Ab diesem Moment kann Gas aus dem Gassack 130 entweichen, und der Innendruck im Gassack 130 reduziert sich.
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13 zeigt eine Variante des Regulierungsmechanismus 122', bei der das Verschlusselement 134 in Form einer Klappe mittels einer Reißnaht 136 an der Wand des Gassacks 130 befestigt ist. Bei Zug auf den Verbindungspunkt der beiden V-förmig angeordneten Reißnähte 136 werden diese aufgezogen, und das dreieckförmige Verschlusselement 134 wird durch den Innendruck des Gassacks 130 nach außen gedrückt. So wird die Ausströmöffnung 132 geöffnet.
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Bei der in 14 dargestellten Variante ist die Ausströmöffnung 132 durch einen Schlitz in der Gassackwand gebildet. Eine Reißnaht 136 verbindet zunächst die Ränder der Ausströmöffnung 132 und verschließt diese. Das Ende 24 des Drahts 14 greift senkrecht zum Verlauf der Reißnaht 136 an dieser an und zieht den Faden der Reißnaht 136 heraus, wenn der Draht 14 sich verformt, so dass die Ausströmöffnung 132 geöffnet wird.
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Die 15 und 16 zeigen eine zweite Ausführungsform eines Gassacksystems 200.
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Hier umfasst der Regulierungsmechanismus 222 ein im Bereich der Ausströmöffnung 232 angeordnetes, im Wesentlichen starres, plattenförmiges Verschlusselement 234. Am Verschlusselement 234 ist das Ende 24 des Drahts 14 des Aktuators 10, das aus dem pyrotechnischen Element 12 herausragt, mittig so befestigt, dass vor Aktivierung des Regulierungsmechanismus 222 die Ausströmöffnung 232 geöffnet ist. Hierzu wird das Verschlusselement 234 durch den Draht 14 von der Gassackwand des Gassacks 130 beabstandet gehalten, so dass Gas aus dem Gassack 130 abströmen kann (siehe Pfeil in 15).
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Bei der Aktivierung des Regulierungsmechanismus 222 durch Zünden des pyrotechnischen Elements 12 wird das Verschlusselement 234 durch die Zugkraft auf das Ende 24 des Drahts 14 zur Wandung des Gassacks 130 hingezogen, so dass es die Ausströmöffnung 232 verschließt, wenn die Verformung des Drahts 14 abgeschlossen ist.
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Die Ausströmöffnung 232 könnte auch zunächst durch das Verschlusselement 234 verschlossen sein und durch Aktivierung des Regulierungsmechanismus 222 und Anheben oder Wegziehen des Verschlusselements 234 freigegeben werden.
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In den 17 bis 19 ist eine dritte Ausführung eines Gassacksystems 300 dargestellt. Hier sind an einem Rand 338 der Ausströmöffnung 332 mehrere Fadenschlingen 340 angeordnet (in diesem Fall vier, siehe 19), die alle mit dem Ende 24 des Drahts 14 verbunden sind, das etwa mittig unterhalb der Ausströmöffnung 132 im Gassack 130 platziert ist.
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Vor der Aktivierung des Regulierungsmechanismus 322 liegen die Fadenschlingen 340 im Wesentlichen in der Ebene der Wand des Gassacks 130, so dass die Fläche der Ausströmöffnung 332 maximal ist. Gas kann aus dem Gassack 130 entweichen, wie dies durch den Pfeil in 17 angedeutet ist.
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Nach Aktivierung des Regulierungsmechanismus 322, der auch hier als Entlüftungsmechanismus gestaltet ist, zieht die durch die Verformung des Drahts 14 ausgeübte Kraft das Ende 24 des Drahts 14 in Richtung des pyrotechnischen Elements 12 zurück, so dass sich die vorbestimmte freie Länge L1 des Drahts 14 reduziert. Durch diese Zugbewegung werden auch die Fadenschlingen 340 in Richtung des Gassackinneren zum pyrotechnischen Element 12 hingezogen.
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Aufgrund der ausgeübten Zugkraft wird der Rand 338 der Ausströmöffnung 332 trichterförmig nach innen gezogen, wodurch die freie Fläche der Ausströmöffnung 332 verringert wird und es im Wesentlichen zu einem Verschluss der Ausströmöffnung 332 kommen kann. Das Ausströmen von Gas wird reduziert oder unterbunden, so dass der Innendruck des Gassacks höher bleibt als bei geöffneter Ausströmöffnung 332.
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Bei den Ausführungsformen 200 und 300 verläuft der Aktuator 10 und insbesondere das pyrotechnische Element 12 im Inneren des Gassacks 130.
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Die 20 bis 24 zeigen eine vierte Ausführungsform 400 eines Gassacksystems.
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In den 21 und 22 ist die Wand des Gassacks 130 schematisch stark vergrößert dargestellt, so dass die Kettfäden 442 des Gassackgewebes zu erkennen sind. Mehrere Fäden 444 (angedeutet auch in 20) sind so mit den Kettfäden 442 verwoben, dass sie diese eng und im Wesentlichen gasdicht zusammenhalten.
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Die Fäden 444 sind so ausgebildet und angeordnet, dass sie aus dem Gewebe des Gassacks 130 herausgezogen werden können. Dies geschieht durch die Zugkraft des Drahts 14 auf das Ende 24 des Drahts 14, das mit den Fäden 444 verbunden ist.
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In 22 ist der Endzustand gezeigt, bei dem nach Entfernen der Fäden 444 die Gewebestruktur durch einen erhöhten Abstand der Kettfäden 442 aufgelockert ist, so dass das Gassackgewebe an dieser Stelle erheblich gasdurchlässiger geworden ist. Auf diese Weise wird eine Ausströmöffnung 432 bzw. ein Ausströmbereich gebildet, durch den Gas aus dem Gassack 130 entweichen kann.
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Anstelle von Fäden 444, die mit den Kettfäden 442 verwoben sind, könnten auch einige der Kettfäden 442 selbst aus dem Gewebe herausgezogen werden (nicht näher dargestellt). Auch in diesem Fall verliert das Gewebe in diesem Bereich seine Gasdichtigkeit, die Gasdurchlässigkeit erhöht sich, und eine Ausströmöffnung entsteht.
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Bei der in den 23 und 24 gezeigten fünften Ausführungsform eines Gassacksystems 500 ist der Regulierungsmechanismus 522 als Belüftungsmechanismus ausgeführt.
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Ein Abschnitt 546 der Wand des Gassacks 130 ist vor der Aktivierung des Regulierungsmechanismus 522 mit einer Reißnaht 548 vom restlichen Gassack 130 abgeteilt, so dass ein abgeteiltes, zunächst unbefülltes Teilvolumen 550 entsteht.
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Der Aktuator 10 ist so im oder am Gassack 130 angeordnet, dass das Ende 24 des Drahts 14 über einen Faden 552 mit der Reißnaht 548 verbunden ist.
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Zur Aktivierung des Regulierungsmechanismus 522 wird das Ende 24 des Drahts 14 in Richtung des pyrotechnischen Elements 12 bewegt, wodurch der Faden 552 die Reißnaht 548 aufzieht. Über die entstehende Strömungsverbindung wird das abgetrennte Teilvolumen 550 mit Gas aus dem Inneren des Gassacks 130 befüllt. Durch Erhöhung des Gesamtvolumens verringert sich der Innendruck im Gassack 130 entsprechend.
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Das abgetrennte Teilvolumen 550 kann, wie hier dargestellt, an der Fläche des Gassacks 130 angeordnet sein, könnte aber auch einen Endbereich des Gassacks 130 darstellen.
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Nach Lösen der Reißnaht 448 ist in diesem Fall der Faden 552 vom Gassack 130 abgetrennt, so dass in diesem Fall auch die Verbindung zwischen dem Aktuator 10 und der Wand des Gassacks 130 getrennt ist. Der Aktuator 10 könnte mit der Gassackwand aber auch verbunden bleiben.
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Der Gassack 130 kann auch mehrere Ausströmöffnungen aufweisen, die z. B. nach gleichen oder unterschiedlichen beschriebenen Varianten geöffnet oder verschlossen werden können.
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Die 25 und 26 zeigen die Verwendung eines Aktuators 10 in einem Entriegelungsmechanismus 660, wie er beispielsweise eingesetzt werden kann, um eine Bewegung von zuvor relativ zueinander fixierten Fahrzeugteilen gegeneinander zu ermöglichen, insbesondere in einem Fahrzeugschutzsystem.
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Der Aktuator 10 ist an einem fahrzeugfesten Rahmen 662 befestigt und weist einen an diesem Rahmen 662 verschieblich geführtes bewegliches Bauteil 664, hier gebildet durch einen Riegel, auf.
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In dem in 25 dargestellten verriegelten Zustand blockiert der Riegel die Bewegung eines schwenkbar gelagerten Hebels 666 um dessen Schwenkachse, da der Kopf des Hebels 666 am Riegel anliegt.
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Der Hebel 666 wiederum verhindert eine Bewegung eines gegen den Kopf des Hebels 666 belastetes Bauteil 668, das mit einem (nicht gezeigten) zu bewegenden Fahrzeugteil verbunden ist.
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Wird der Aktuator 10 aktiviert, wird der Riegel vom Kopf des Hebels 666 durch die Formänderung des Drahts 14 (hier nicht gezeigt) weggezogen, und der Hebel 666 wird durch die über das Bauteil 668 wirkende Kraft in eine Ausnehmung am Rahmen 662 verschwenkt. Dadurch wird das Bauteil 668 freigegeben und verschoben, bis es durch einen Anschlag 670 aufgehalten wird.
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Vorrichtungen, die durch einen derartigen Entriegelungsmechanismus 660 entriegelt werden können, umfassen unter anderem schaltbare Gurtkraftbegrenzer mit unterschiedlichen Kraftniveaus, die Steuerung eines Ventils in einem Gurtstraffer zum Zuführen oder Ablassen von Druckgas, eine Unterbrechung der Treibstoffzufuhr zu einer Verbrennungskraftmaschine im Fall eines Unfalls, Zuschalten von zusätzlichen Versteifungselementen in der Fahrzeugkarosserie, z. B. im Türrahmen, um bei einem Aufprall einen höheren Schutz zu ermöglichen oder eine Aufpralldämpfung, die z. B. erlaubt, das Lenkrad in Richtung der Lenksäule oder eine gesamte Vorderfront des Fahrzeugs zu verschieben, um einen Aufprall zu dämpfen oder alle sonstigen Schnellentriegelungen, bei denen ein belastetes Bauteil in kürzester Zeit freizugeben ist.
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Alle beschriebenen Aktuatoren können selbstverständlich auch in anderen technischen Bereichen außerhalb eines Fahrzeugschutzsystems eingesetzt werden.
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Sämtliche Merkmale aller beschriebenen Ausführungsformen, sowohl bezüglich der Ausbildung des Aktuators 10 aus pyrotechnischem Element 12 und formveränderlichem Draht 14 als auch bezüglich der Ausbildung des Fahrzeugschutzsystems, insbesondere der Regulierungsmechanismen des Gassacksystems, können im Ermessen des Fachmanns nach Belieben miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden.
