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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ventil für einen Kaltgasgenerator für einen Luftsack in einem Fahrzeug sowie auf ein Luftsacksystem und auf ein Verfahren zum Aufblasen eines Luftsacks.
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Zum Aktivieren eines Airbags oder Luftsacks ist ein Gas erforderlich, das schnell bereitstellbar ist, um den Luftsack zu füllen, bevor eine zu schützende Person oder ein Körperteil auf einen abzupolsternden Gegenstand trifft. Dazu kann das Gas pyrotechnisch erzeugt werden oder ein Druckbehälter, der das Gas in komprimierter Form enthält, kann angestochen werden. Der Druckbehälter kann auch eine Verschlusseinrichtung aufweisen, die durch einen Aktuator betätigt werden kann.
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Zur Gaserzeugung für eine Airbagfüllung können verschiedene Prinzipien verwendet werden. Das Gas kann pyrotechnisch erzeugt werden und den Luftsack füllen. Bei Pyrotechnik ist ein Sicherheitskonzept erforderlich. Weiterhin erfordern heiße Gase eine spezielle Gestaltung des Luftsacks. Alternativ kann ein Gasdruckbehälter per pyrotechnischem Auslöser angestochen werden. Das enthaltene Gas füllt den Luftsack. Der Gasdruckbehälter kann dabei nur einmalig ausgelöst werden und ein Volumenstrom ist nicht einstellbar. Ebenfalls kann der Gasdruckbehälter über ein (Magnet-) Ventil abgedichtet werden. Bei Bedarf öffnet das Magnetventil und das ausströmende Gas füllt den Luftsack. Dabei ist eine Gasdichtheit über Lebensdauer sicherzustellen, um eine Funktion im Bedarfsfall zu gewährleisten.
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Die
DE 10 2007 003 321 A1 beschreibt eine Verschlusseinrichtung für einen mit Druckgas befüllbaren Druckbehälter eines Kaltgasgenerators.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Ventil für einen Kaltgasgenerator für einen Luftsack in einem Fahrzeug, ein Luftsacksystem sowie schließlich ein Verfahren zum Aufblasen eines Luftsacks unter Verwendung eines Ventils gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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In einem Druckbehälter kann Gas zum Befüllen eines Luftsacks vorgehalten werden. Der Druckbehälter kann eine größere Menge Gas enthalten, als für eine momentan gewünschte Füllmenge eines Luftsacks erforderlich ist. Dann ist es vorteilhaft, einen Füllvorgang des Luftsacks zu unterbrechen, wenn die gewünschte Füllmenge erreicht ist. Dazu kann ein Ausströmen des Gases aus dem Druckbehälter unterbrochen werden.
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Das komprimierte Gas in dem Druckbehälter kann als Energiequelle zum Unterbrechen des Ausströmens verwendet werden. Dazu kann das Gas in eine Kammer geleitet werden, um Kraft auf einen Kolben auszuüben und den Kolben zu bewegen, wodurch ein Auslass aus dem Druckbehälter verschlossen wird. Um einen möglichst einfachen Aufbau eines solchen verschließbaren Ventils zu ermöglichen, kann der Kolben eine lineare Bewegung ausführen. Damit die Kraft ausreicht, um den Auslass zu schließen, kann der Kolben mit einer fluidmechanischen Übersetzung ausgeführt sein. Beispielsweise kann ein Stufenkolben zwei unterschiedlich große Druckangriffsflächen aufweisen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Durch die unterschiedliche Größe resultiert bei gleichem Fluiddruck auf die Druckangriffsflächen eine größere Kraft auf die größere Fläche. Durch eine Kraftdifferenz können innere Widerstände des Ventils überwunden werden. Das Gas kann gedrosselt in die Kammer geleitet werden, damit eine Absperreinrichtung zum Kontrollieren eines Gasstroms klein und kostengünstig dimensioniert werden kann und somit einen geringen Energieverbrauch aufweist. Das Ventil kann in einer Ausgangsstellung offen gehalten werden, um eine geringe Ansprechverzögerung beim Füllen des Luftsacks zu erreichen. Der Druckbehälter kann durch einen Verschluss abgedichtet sein, der beim Öffnen zerstört wird. Dadurch kann das Ventil vor dem Öffnen des Druckbehälters druckfrei sein.
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Es wird ein Ventil für einen Kaltgasgenerator für einen Luftsack in einem Fahrzeug vorgestellt, wobei das Ventil die folgenden Merkmale aufweist:
eine Ventilkammer mit einem Einlass von dem Kaltgasgenerator und einem Auslass zu dem Luftsack;
eine Steuerkammer;
einen beweglichen Steuerkolben, der die Steuerkammer und die Ventilkammer trennt und zwischen einer Offenlage und einer Geschlossenlage beweglich ist, wobei der Steuerkolben den Auslass in der Offenlage freigibt und in der Geschlossenlage verschließt, wobei der Steuerkolben auf Seite der Ventilkammer eine erste wirksame Kolbenfläche aufweist und auf Seite der Steuerkammer eine zweite wirksame Kolbenfläche aufweist, wobei die erste Kolbenfläche kleiner ist, als die zweite Kolbenfläche;
einen Überströmkanal, der die Ventilkammer und die Steuerkammer fluidisch miteinander verbindet;
ein Rückhalteelement zum Halten des Steuerkolbens in der Offenlage, wenn das Ventil unbelastet ist; und
ein Absperrelement zum Anpassen eines Fluidstroms durch den Überströmkanal, um einen Druckaufbau in der Steuerkammer zum Bewegen des Steuerkolbens in die Geschlossenlage zu steuern.
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Unter einer Ventilkammer und einer Steuerkammer können Hohlräume in einem Gehäuse des Ventils verstanden werden. Ein Steuerkolben kann ein Stufenkolben sein. Der Steuerkolben kann auch aus der ersten Kolbenfläche und der damit direkt gekoppelten zweiten Kolbenfläche bestehen. Beispielsweise können die Kolbenflächen über eine Kolbenstange gekoppelt sein.
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Das Absperrelement kann in dem Überströmkanal zwischen der Ventilkammer und der Steuerkammer angeordnet sein. Durch eine Anordnung im Überströmkanal kann der Fluidstrom unmittelbar kontrolliert werden. Wenn der Überströmkanal im Gehäuse verläuft, kann das Absperrelement konstruktionstechnisch optimiert angeordnet werden.
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Die Steuerkammer kann einen Auslass für den Fluidstrom aufweisen. Das Absperrelement kann in dem Auslass angeordnet sein. Durch eine Anordnung des Absperrelements nach der Steuerkammer kann der Fluidstrom indirekt kontrolliert werden. Das Absperrelement kann durch den Druck weniger belastet werden, da der Überstromkanal als Drossel wirkt und den Fluidstrom begrenzt.
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Der Überströmkanal kann als zumindest eine Durchgangsbohrung durch den Steuerkolben ausgebildet sein. Damit kann der Überströmkanal sehr kurz ausgeführt werden, um ein schnelles Ansprechen zu gewährleisten.
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Zwischen dem Steuerkolben und einer Wand der Steuerkammer und alternativ oder ergänzend einer Wand der Ventilkammer kann eine Spaltdichtung und alternativ oder ergänzend ein berührendes Dichtelement angeordnet sein. Durch ein Dichtelement kann ein Leckstrom zwischen dem Steuerkolben und dem Gehäuse verringert werden. Eine Spaltdichtung kann einen hohen Strömungswiderstand aufweisen. Eine berührende Dichtung kann beispielsweise ein flexibles Element sein. Die Spaltdichtung kann die Reibung zwischen dem Steuerkolben und dem Gehäuse verringern. Die berührende Dichtung kann den Leckstrom nahezu vollständig verhindern.
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Das Rückhalteelement kann als das Dichtelement ausgebildet sein, wobei der Steuerkolben durch eine Reibkraft zwischen dem Dichtelement und der Wand oder zwischen dem Dichtelement und dem Steuerkolben in der Offenlage gehalten wird. Das Dichtelement kann mehrere Funktionen erfüllen. Dadurch kann das Ventil einfacher gestaltet werden.
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Das Rückhalteelement kann dazu ausgebildet sein, eine Kraft auf den Steuerkolben auszuüben, um den Steuerkolben in der Offenlage zu halten. Das Rückhalteelement kann ein Kraftspeicher sein. Durch die Kraft kann der Steuerkolben in die Offenlage gedrückt oder gezogen werden. Durch das Halten on Offenlage kann das Füllen des Luftsacks ohne Verzögerung erfolgen.
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Das Rückhalteelement kann als Feder ausgebildet sein, die zwischen einer Stützfläche des Steuerkolbens und einer Stützfläche an einem Gehäuse des Ventils angeordnet ist. Eine Feder kann mehrere Bewegungen ausführen. Dadurch kann das Ventil mehrfach angesteuert werden. Die Kraft kann proportional zu einem Federweg sein. Die Feder kann schnell reagieren.
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Das Ventil kann einen Aktuator zum Bewegen des Steuerkolbens aus der Offenlage aufweisen, wobei der Aktuator mechanisch mit dem Steuerkolben gekoppelt ist. Durch einen Aktuator kann das Ventil sehr schnell angesteuert werden. Der Aktuator kann den Steuerkolben sehr schnell anschieben. Der Fluidstrom kann die Bewegung bis in die Geschlossenlage vollenden.
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Der Steuerkolben kann eine Anschlagfläche zum Begrenzen eines Hubs des Steuerkolbens zwischen der Offenlage und der Geschlossenlage aufweisen. Durch eine Anschlagfläche gegen ein unbewegtes Teil des Ventils kann die Rückhalteeinrichtung geschützt werden.
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Weiterhin wird ein Luftsacksystem mit folgenden Merkmalen vorgestellt: einem Kaltgasgenerator, der dazu ausgebildet ist, ansprechend auf ein Aktivierungssignal einen Überdruck an einer Schnittstelle bereitzustellen; und
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einem Ventil gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei der Einlass in die Ventilkammer mit der Schnittstelle des Kaltgasgenerators verbunden ist, wobei der Auslass aus der Ventilkammer als Schnittstelle zu einem Luftsack ausgebildet ist.
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Ein Kaltgasgenerator kann einen Druckspeicher aufweisen, der durch ein Aktivierungssignal geöffnet werden kann, um einen Überdruck bereitzustellen.
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Ferner wird ein Verfahren zum Aufblasen eines Luftsacks unter Verwendung eines Ventils gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Überdrucks in der Ventilkammer unter Verwendung des Kaltgasgenerators; und
Anpassen des Fluidstroms durch den Überströmkanal unter Verwendung des Absperrelements, um den Druckaufbau in der Steuerkammer zum Bewegen des Steuerkolbens in die Geschlossenlage zu steuern.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Luftsacksystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Blockschaltbild eines Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Darstellung eines Luftsacksystems mit außen liegendem Überströmkanal gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Darstellung eines Ventils mit zentral angeordnetem Überströmkanal gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Darstellung eines Ventils mit berührenden Dichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 eine Darstellung eines Ventils mit Aktuator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Aufblasen eines Luftsacks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger 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 ein Blockschaltbild eines Luftsacksystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Luftsacksystem 100 weist einen Kaltgasgenerator 102 und ein Ventil 104 auf. Das Luftsacksystem 100 ist mit einem Luftsack 106 eines Fahrzeugs 108 verbunden. Der Luftsack kann als Prallsack oder Airbag bezeichnet werden. Das Fahrzeug 108 kann ein Straßenfahrzeug darstellen. Der Luftsack 106 ist dazu ausgebildet, bei einer Kollision des Fahrzeugs 106 einen Fahrzeuginsassen vor Verletzungen zu schützen. Der Kaltgasgenerator 102 ist dazu ausgebildet, ansprechend auf ein Aktivierungssignal von einem Luftsacksteuergerät 110 einen Überdruck an einer Schnittstelle 112 bereitzustellen. Dazu weist der Kaltgasgenerator 102 einen Drucktank auf, der durch eine Berstscheibe fluiddicht versiegelt ist. Die Berstscheibe schließt ein unter hohem Überdruck stehendes Gas in dem Drucktank ein. Ansprechend auf das Aktivierungssignal wird die Berstscheibe zerstört. Dadurch strömt das Gas aus dem Drucktank und wird über die Schnittstelle 112 zu dem Ventil 104 geleitet. Das Ventil 104 ist in 2 beschrieben. Das Ventil 104 weist eine Ventilkammer mit einem Einlass an der Schnittstelle 112 und einem Auslass zu dem Luftsack 106, eine Steuerkammer, einen beweglichen Steuerkolben, einen Überströmkanal, ein Rückhalteelement und ein Absperrelement auf. Der Einlass in die Ventilkammer ist mit der Schnittstelle 112 des Kaltgasgenerators 102 verbunden. Der Auslass aus der Ventilkammer ist als Schnittstelle zu dem Luftsack 106 ausgebildet.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Ventil 104 für den Kaltgasgenerator 102 mit einem Stufenkolben ausgeführt, wobei das Ventil 104 stromlos offen ist. Dabei werden Sonderelemente eines (Schieber-)Ventils 104 zum wiederholten Absperren, Einstellen und Öffnen eines hohen (Gas-) Volumenstroms insbesondere für die Füllung des Luftsacks 106, beispielsweise in Form eines Airbags, in einem Fahrzeug 108 eingesetzt, wie es im Folgenden näher ausgeführt wird.
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2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ventils 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Ventil 104 entspricht dem Ventil für den Kaltgasgenerator für den Luftsack in 1. Das Ventil 104 weist eine Ventilkammer 200, eine Steuerkammer 202, einen beweglichen Steuerkolben 204, einen Überströmkanal 206, ein Rückhalteelement 208 und ein Absperrelement 210 auf. Die Ventilkammer 200 weist einen Einlass 212 von dem Kaltgasgenerator und einen Auslass 214 zu dem nicht dargestellten Luftsack auf. Der Steuerkolben 204 trennt die Steuerkammer 202 von der Ventilkammer 200 und ist zwischen einer Offenlage 215 und einer Geschlossenlage 216 beweglich. Der Steuerkolben 204 gibt den Auslass 214 in der Offenlage 215 frei. In der Geschlossenlage 216 verschließt der Steuerkolben 204 den Auslass 214. Der Steuerkolben 204 weist auf Seite der Ventilkammer 200 eine erste wirksame Kolbenfläche 218 auf. Auf Seite der Steuerkammer 202 weist der Steuerkolben 204 eine zweite wirksame Kolbenfläche 220 auf. Die erste Kolbenfläche 218 ist kleiner, als die zweite Kolbenfläche 220. Die erste Kolbenfläche 218 ist in diesem Ausführungsbeispiel über eine Kolbenstange mit der zweiten Kolbenfläche gekoppelt. Der Überströmkanal 206 verbindet die Ventilkammer 200 und die Steuerkammer 202 fluidisch miteinander. Das Rückhalteelement 208 ist dazu ausgebildet, den Steuerkolben 204 in der Offenlage 215 zu halten, wenn das Ventil 104 unbelastet ist. Das Absperrelement 210 ist dazu ausgebildet, einen Fluidstrom durch den Überströmkanal 206 anzupassen, um einen Druckaufbau in der Steuerkammer 202 zum Bewegen des Steuerkolbens 204 in die Geschlossenlage 216 zu steuern.
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Wenn das Ventil 104 mit dem aktivierten Kaltgasgenerator verbunden ist, dann steht die Ventilkammer 200 unter einem hohen Überdruck durch aus dem Kaltgasgenerator ausströmendes Gas. Das Gas strömt durch den geöffneten Auslass 214 in Richtung des Luftsacks ab.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Absperrelement 210 in dem Überströmkanal 206 zwischen der Ventilkammer 200 und der Steuerkammer 202 angeordnet. Bei geöffnetem Absperrelement 210 kann der Fluidstrom durch den Überströmkanal 206 von der Ventilkammer 200 in die Steuerkammer 202 fließen und einen Druck in der Steuerkammer 202 erhöhen. Dadurch steigt eine Druckkraft auf die zweite Kolbenfläche 220 an. Wenn die Druckkraft größer ist, als eine Druckkraft aufgrund des Überdrucks des Kaltgasgenerators auf die erste Kolbenfläche 218 und ein Widerstand durch das Rückhalteelement 108, wird der Steuerkolben 204 in die Geschlossenlage 216 bewegt. Und das Gas kann nicht mehr aus dem Auslass 214 in Richtung des Luftsacks strömen.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Steuerkammer 202 einen Auslass 222 für den Fluidstrom auf. In dem Ausführungsbeispiel ist das Absperrelement 210 in dem Auslass 222 angeordnet. Hier weist der Überströmkanal 206 eine Drosseleinrichtung 224 auf, um den Fluidstrom zu begrenzen. Durch den Überströmkanal 206 strömt kontinuierlich der Fluidstrom von der Ventilkammer 200 in die Steuerkammer 202. Wenn das Absperrelement 210 geöffnet ist, strömt der Fluidstrom durch den Auslass 222 aus der Steuerkammer 202 ab und der Druck in der Steuerkammer 202 verbleibt näherungsweise auf einem Umgebungsdruck und damit deutlich geringer als der Überdruck in der Ventilkammer 200. Wenn das Absperrelement 210 geschlossen ist, steigt der Druck in der Steuerkammer 202 an, bis die Druckkraft auf die zweite Kolbenfläche 220 größer ist, als die Druckkraft aufgrund des Überdrucks des Kaltgasgenerators auf die erste Kolbenfläche 218 und der Widerstand durch das Rückhalteelement 108. Der Steuerkolben 204 wird in die Geschlossenlage 216 bewegt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Überströmkanal als zumindest eine Durchgangsbohrung durch den Steuerkolben 204 ausgebildet. Die Durchgangsbohrung verbindet die erste Kolbenfläche 218 unmittelbar mit der zweiten Kolbenfläche 220. Die Durchgangsbohrung ist mit einer geringen Querschnittsfläche ausgebildet, um eine Drosselwirkung zum Begrenzen des Fluidstroms auszubilden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Steuerkolben 204 und einer Wand der Steuerkammer 202 eine Spaltdichtung angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Steuerkolben 204 und einer Wand der Steuerkammer 202 ein berührendes Dichtelement angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Steuerkolben 204 und einer Wand der Ventilkammer 200 eine Spaltdichtung angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Steuerkolben 204 und einer Wand der Ventilkammer 200 ein berührendes Dichtelement angeordnet. Die Spaltdichtung ist eine berührungslose Dichtung. Die Spaltdichtung stellt dem Überdruck einen hohen dynamischen Widerstand entgegen, sodass ein Leckstrom durch die Spaltdichtung vernachlässigbar ist. Der Leckstrom kann durch eine Entlastungsbohrung zwischen der ersten Kolbenfläche 218 und der zweiten Kolbenfläche 220 abgeführt werden. Das berührende Dichtelement ist ein flexibles Bauteil, das in einem Spalt zwischen dem Steuerkolben und der Wand angeordnet ist. Durch das berührende Dichtelement kann der Leckstrom minimiert werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Rückhalteelement 208 als das Dichtelement ausgebildet. Der Steuerkolben 204 wird durch eine Reibkraft zwischen dem Dichtelement und der Wand oder zwischen dem Dichtelement und dem Steuerkolben 204 in der Offenlage 215 gehalten solange die Druckkraft aufgrund des Überdrucks des Kaltgasgenerators auf die erste Kolbenfläche 218 und der Widerstand durch das Dichtelement größer sind, als die Druckkraft auf die zweite Kolbenfläche 220.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Rückhalteelement 208 dazu ausgebildet, eine Kraft auf den Steuerkolben 204 auszuüben, um den Steuerkolben 204 in der Offenlage 215 zu halten.
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Das Rückhalteelement 208 ist beispielsweise als Feder ausgebildet, die mit einer Federkraft die Druckkraft aufgrund des Überdrucks des Kaltgasgenerators auf die erste Kolbenfläche 218 ergänzt. Die Federkraft wirkt auch, wenn der Kaltgasgenerator noch verschlossen ist. Die Feder 208 kann als Zugfeder ausgelegt sein.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Rückhalteelement 208 als Druckfeder ausgebildet, die zwischen einer Stützfläche des Steuerkolbens 204 und einer Stützfläche an einem Gehäuse des Ventils 104 angeordnet ist. Der Steuerkolben ist zylindrisch, sodass eine Schraubenfeder leicht um den Steuerkolben 204 angeordnet werden kann.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Ventil 104 einen Aktuator zum Bewegen des Steuerkolbens 204 aus der Offenlage 215 auf. Der Aktuator ist mechanisch mit dem Steuerkolben 204 gekoppelt. Der Aktuator überträgt ansprechend auf ein Schließsignal einen mechanischen Impuls auf den Steuerkolben 204, um eine Massenträgheit des Steuerkolbens 204 zu überwinden. Der Aktuator weist nahezu keine Ansprechverzögerung auf.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Steuerkolben 204 eine Anschlagfläche zum Begrenzen eines Hubs des Steuerkolbens 204 zwischen der Offenlage 215 und der Geschlossenlage 216 auf. Die Anschlagfläche ist umlaufend um den Steuerkolben 204 ausgeführt und dafür ausgelegt, den Steuerkolben 204 bei einem Anprall zu stoppen.
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Beim Stufenkolben 204 bewirken Druckunterschiede an den unterschiedlichen Kolbenflächen 218, 220 die Bewegung des Hauptventils 104 bei minimalem Einsatz magnetischer Kraft. Der Ansatz kann als Vorsteuerprinzip bezeichnet werden.
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3 zeigt eine Darstellung eines Luftsacksystems 100 mit außen liegendem Überströmkanal 206 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Luftsacksystem 100 weist wie in 1 einen Kaltgasgenerator 102 und ein Ventil 104 auf. Der Kaltgasgenerator 102 weist einen Drucktank 300, eine Berstscheibe 302 und eine Einrichtung 304 zum Öffnen der Berstscheibe 302 auf. Der Drucktank 300 ist als druckfester zylindrischer Behälter mit einer Öffnung ausgeführt. Die Berstscheibe 302 überspannt die Öffnung und verschließt den Drucktank 300 gasdicht. Die Berstscheibe 302 ist dazu ausgelegt, in allen Betriebsbedingungen den Behälter druckdicht zu verschließen. Die Einrichtung 304 zum Öffnen ist dazu ausgebildet, die Festigkeit der Berstscheibe 302 ansprechend auf das Aktivierungssignal zu überlasten. Die Einrichtung 304 ist über eine Elektrode mit der Berstscheibe 302 verbunden. Beispielsweise kann die Einrichtung 304 durch eine lokal auf die Berstscheibe 302 aufgebrachte pyrotechnische Ladung eine Belastung der Berstscheibe 302 lokal zu überhöhen, wodurch das Material der Berstscheibe 302 versagt und dem Gasdruck im Behälter nicht mehr widerstehen kann. Ebenso kann das Material lokal überhitzt werden, um die Festigkeit herabzusetzen. Die Berstscheibe 302 repräsentiert die Schnittstelle zu dem Ventil 104. Das Ventil 104 weist wie in 2 eine Ventilkammer 200, eine Steuerkammer 202, einen beweglichen Steuerkolben 204, einen Überströmkanal 206, ein Rückhalteelement 208 und ein Absperrelement 210 auf. Die Ventilkammer 200 schließt hier unmittelbar an die Berstscheibe 302 an. Die Ventilkammer 200 ist, wie der Drucktank 300 zylindrisch. Die Wand der Ventilkammer 200 weist mehrere Bohrungen 306 auf, die als Auslass 214 ausgebildet sind. Die Bohrungen 306 durchdringen auf einer gemeinsamen Höhe die Wand der Ventilkammer 200. Die Steuerkammer 202 ist ebenfalls zylindrisch. Die Steuerkammer 202 weist einen größeren Durchmesser auf, als die Ventilkammer 200. Die Wand folgt dem Sprung der Durchmesser auf Höhe des Steuerkolbens 204. An dem Sprung bildet die Wand einen umlaufenden Absatz aus. Der Steuerkolben 204 ist als zylindrischer Stufenkolben zum Schließen ausgebildet. Der Steuerkolben 204 ist massiv und weist im Bereich der Ventilkammer 200 einen geringfügig geringeren Durchmesser auf, als die Ventilkammer 200. Im Bereich der Steuerkammer 202 weist der Steuerkolben 204 einen geringfügig geringeren Durchmesser auf, als die Steuerkammer 202. Damit weist der Steuerkolben einen umlaufenden Absatz auf. Der Absatz ist gegenüberliegend zu dem Absatz der Wand angeordnet. Zwischen den Absätzen ist das Rückhalteelement 208 angeordnet. Das Rückhalteelement 208 ist als Feder oder Federelement ausgebildet. Das Federelement 208 weist eine Wirkungsrichtung auf, die in einer Bewegungsrichtung 308 des Steuerkolbens 204 ausgerichtet ist. Die Bewegungsrichtung 308 stimmt mit einer Längsachse des Steuerkolbens 204 überein. Das Rückhalteelement 208 hält den Steuerkolben in der Offenlage, solange die Berstscheibe 302 oder Berstmembran intakt ist und in der Steuerkammer 202 und der Ventilkammer 200 Umgebungsdruck herrscht. In der Offenlage 215 ist eine Steuerkante 310 des Steuerkolbens 204 so angeordnet, dass die Bohrungen 306 in der Wand der Ventilkammer 200 offen sind. Wenn der Steuerkolben 204 in die hier nicht dargestellte Geschlossenlage bewegt wird, bewegt sich die Steuerkante 310 vor die Bohrungen 306 und der Steuerkolben 204 verdeckt die Bohrungen 306, sodass die Bohrungen 306 verschlossen sind. Wenn der Steuerkolben 204 in die Geschlossenlage bewegt wird, wird das Federelement 208 komprimiert. Zwischen dem Steuerkolben 204 und der Wand der Ventilkammer 200 ist ein Spalt als Spaltdichtung 312 ausgebildet. Zwischen der Wand der Steuerkammer 202 und dem Steuerkolben 204 ist ebenfalls eine Spaltdichtung 312 ausgebildet. Durch die Spaltdichtungen 312 ist die Ventilkammer 200 effektiv fluidisch von der Steuerkammer 202 getrennt. Der Überströmkanal 206 durchdringt die Wand der Ventilkammer 200 und die Wand der Steuerkammer 202. Der Überströmkanal 206 überbrückt außerhalb der Wand den Steuerkolben 204 sowohl in der gezeigten Offenlage 215, als auch in der nicht gezeigten Geschlossenlage. Das Absperrelement 210 ist als Überstromventil in den Überströmkanal 206 integriert.
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Wenn die Berstscheibe 302 offen ist und Überdruck in der Ventilkammer 200 herrscht, wird der Steuerkolben 204 durch den Überdruck auf seine erste Kolbenfläche 218 in der Offenlage 215 gehalten.
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Wenn das Absperrelement 210 den Überströmkanal 206 freigibt, strömt Gas aus der Ventilkammer 200 durch den Überströmkanal 206 in die Steuerkammer 202. Durch das Überströmen steigt ein Druck in der Steuerkammer 202 an. Wenn der Druck in der Steuerkammer 202 eine Druckkraft auf die zweite Kolbenfläche 220 ausübt, die größer ist, als die Druckkraft durch den Überdruck in der Ventilkammer 200 und die Federkraft des Rückhalteelements 208, wird der Steuerkolben 204 in die Geschlossenlage bewegt und verschließt dabei den Auslass 214.
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Die Durchgangsbohrung 206 ist hier schematisch dargestellt. Der Überströmkanal 206 kann auch durch eine exzentrische bzw. außen liegende Leitungsverbindung 206 oder Verbohrung ausgeführt sein.
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Hier ist das Vorsteuerventil 210 in der außen liegenden Leitungsverbindung 206 angeordnet. Bei einer außen liegenden Leitung 206 wie in 3 ist der Aufbau weniger integriert, und damit besser modular aufbaubar. Es besteht die Möglichkeit, einzelne Komponenten je nach Anwendung auszutauschen und die Zugänglichkeit ist verbessert.
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4 zeigt eine Darstellung eines Ventils 104 mit zentral angeordnetem Überströmkanal 206 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Ventil 204 entspricht im Wesentlichen dem Ventil in 3. Im Gegensatz zu dem Ventil in 3 weist das Ventil 104 keine gerade Steuerkante auf. Die Steuerkante ist hier durch Abströmbohrungen 400 ausgebildet, die in der dargestellten Offenlage deckungsgleich zu den Bohrungen 306 in der Wand der Ventilkammer 200 angeordnet sind. Der Steuerkolben 204 weist eine Verdrehsicherung auf, damit die Ausströmbohrungen 400 auch nach einer Bewegung des Steuerkolbens 204 deckungsgleich zu den Bohrungen 306 ausgerichtet sind. Der Steuerkolben 204 ist hier hohl mit dünnen Wandstärken ausgeführt. Dabei weist der gezeigte Steuerkolben 204 eine durchgehende zweite Kolbenfläche 220 auf, während die erste Kolbenfläche 218 in zwei Teilflächen aufgeteilt ist. Die erste Kolbenfläche 218 ist durch einen ringförmigen Topfrand 402 und einen kreisförmigen Topfboden 404 gebildet. Oberflächenanteile, die quer zu der Bewegungsrichtung des Steuerkolbens 204 ausgerichtet sind, wirken nicht als wirksame Kolbenflächen.
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Der Steuerkolben 204 kann auch so ausgeführt sein, dass die erste Kolbenfläche 218 durchgehend ausgebildet ist, während die zweite Kolbenfläche 220 aus Teilflächen zusammengesetzt ist. Die Ausführung des Steuerkolbens 204 ist für die Steuerwirkung wenig relevant.
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Wie in 3 ist das Rückhalteelement 208 als Federelement ausgebildet. Hier ist die Feder 208 als Schraubenfeder ausgebildet, die als Druckfeder konzipiert ist und sich an dem Absatz des Steuerkolbens 204 und dem Absatz der Wand abstützt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Feder 208 an dem Topfrand 402 und einem ringförmig um die Ventilkammer 200 umlaufenden Vorsprung 406 abgestützt. Die Berstmembran 302 des Kaltgasgenerators 102 ist auf einer, der Feder 208 gegenüberliegenden Seite des Vorsprungs 406 abgestützt. Die Berstmembran 302 ist gewölbt ausgeführt. Die Berstmembran 302 ist entgegen dem Überdruck in dem Drucktank 300 hinein gewölbt.
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Der Steuerkolben 204 weist den zentral angeordneten Überströmkanal 206 auf. Der Überströmkanal 206 ist als Bohrung mit geringem Durchmesser durch den Topfboden 404 ausgeführt. Die Bohrung 206 wirkt wie eine Drossel, indem sie den möglichen Fluidstrom zwischen den Kammern 200, 202 begrenzt. Die Bohrung 208 ist großzügig angefast und damit sehr kurz. Die Steuerkammer 202 weist ein sehr geringes Volumen auf, wenn der Steuerkolben 204 in der Offenlage angeordnet ist. Die zweite Kolbenfläche 220 liegt beinahe an einer Rückwand der Steuerkammer 202 an. In der Rückwand ist ein Auslass 222 angeordnet. Der Auslass 222 weist einen größeren Strömungsquerschnitt auf, als die Bohrung 206. Dadurch weist der Auslass 222 einen geringeren Fluidwiderstand auf, als die Bohrung 206. Durch den geringeren Fluidwiderstand kann sich bei geöffnetem Auslass 222 kein Überdruck in der Steuerkammer 202 aufbauen. In dem Auslass 222 ist das Absperrelement 210 angeordnet. Das Absperrelement 210 ist dazu ausgebildet, den Auslass 222 zu verschließen, um einen Überdruck in der Steuerkammer 202 zu ermöglichen.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Ventil 104 für einen Kaltgasgenerator einen Stufenkolben 204 auf, der stromlos offen steht und eine zentrisch angeordnete Verbindungsbohrung 206 aufweist.
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Der gestufte Hauptschieberkolben 204 ist durch eine Feder 208 stromlos geöffnet. Der Hauptschieberkolben 204 weist eine sehr kurze Verbindungsbohrung 206 von seiner Vorderseite 218 zu seiner Rückseite 220 auf. Die Vorderseite 218 weist eine kleine Druckwirkfläche in Öffnungsrichtung auf. Die Rückseite 220 weist eine größere Druckwirkfläche in Schließrichtung auf. Dadurch entsteht kein Zeit- und Energieverlust bei einer Erstauslösung des Druckbehälters. Das Gas kann sofort zum Luftsack ausströmen. Die erste Airbagfüllung erfolgt damit schnell. Durch die nur geringen Strömungsverluste und den geringen Zeitverzug bei Druckaufbau auf der Schieberrückseite 220 kann das Ventil 104 schnell wieder abgesperrt werden und der Gasvolumenstrom unterbrochen werden.
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Eine Berstscheibe 302, die gasdicht mit dem Druckbehälter 300 verbunden ist, schließt das unter Hochdruck stehende Gas langzeitdicht ein. Der Gasausstoß kann beispielsweise durch eine pyrotechnische Zündpille ausgelöst werden.
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Der Schieberkolben 204 ist gestuft aufgebaut. Der Kolben 204 weist eine kleine Druckwirkfläche 218 in öffnender Richtung und eine größere Druckwirkfläche 220 in schließender Richtung auf. Dadurch kann eine Kraftübersetzung erzielt werden, was eine nur geringe installierte Leistung für das Vorsteuerventil 210 notwendig macht. Der Steuerkolben 204 ist topfförmig aufgebaut. Nahe des „Topfrands" 402 befinden sich radiale Abströmbohrungen 400. Alternativ kann eine Abströmbohrung 400 verwendet werden. Alternativ kann die Abströmbohrung 400 nicht rein radial ausgeführt sein. Dabei können Impulskräfte beim Gasausströmen zum Bewegen des Kolbens verwendet werden. Alternativ zu den Abströmbohrungen 400 kann auch ein „Topfrand" 402 wie in 3 selbst als Schließkante bzw. Abströmkante ausgeführt werden. Dabei kann sich eine höhere, öffnend wirkende Kraftkomponente ergeben. Die Kraftkomponente kann bei einer Auslegung des Krafthaushalts berücksichtigt werden. Dabei können Maßnahmen zur winkelgenauen Führung zur Paarung und Vermeidung von Überdeckungen der Kolbenbohrungen 400 zu den Gehäusebohrungen 306 entfallen.
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Der „Topfboden" 404 des Steuerkolbens 204 ist sehr dünn. Die darin zentrisch oder alternativ exzentrisch untergebrachte Durchgangsbohrung 206 ist deshalb sehr kurz und erzeugt aufgrund ihrer Gestaltung vom Beginn über den Verlauf bis zum Ende nur sehr geringe Druckverluste.
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Das Vorsteuerventil 210 sitzt günstigerweise direkt in der Nähe dieser Durchgangsbohrung 206. Alternativ können mehrere exzentrisch angeordnete Vorsteuerventile 210 verwendet werden. Das Vorsteuerventil 210 ist als Elektromagnetventil stromlos geschlossen ausgeführt. Alternativ kann das Vorsteuerventil 210 stromlos offen ausgeführt sein. Ebenso kann das Vorsteuerventil 210 mit einer anderen als elektromagnetischer Betätigung ausgeführt sein. Die Verbindungsbohrung 222 zum Vorsteuerventil 210 und die Größenauslegung von Ventilsitz, Dichtelement und Ventilhub sind günstig bezüglich geringem Kraft- bzw. Energiebedarf, großem Volumenstrom, großen einstellbaren Drücken und geringen Druckverlusten ausgelegt.
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Der Schieberkolben 204 ist stromlos in Offenstellung aufgrund einer Druckfeder 208, die alternativ als Zugfeder ausgeführt sein kann. Die Druckfeder 208 ist in der Stufung des Schieberkolbens 204 untergebracht. Alternativ sind andere Einbauorte wie beispielsweise an der Stirnfläche oder dem „Topfrand" 402 des Schieberkolbens 204. Vorzugsweise ist die Druckfeder 208 als Schraubenfeder ausgeführt, alternativ sind andere Bauarten möglich, beispielsweise als Blattfeder, Federscheibe, Federelemente aus Kunststoff. Zusätzlich und vorzugsweise kann diese Druckfeder 208 nur schwach vorgespannt sein und eine weiche Kennlinie aufweisen, sodass sie gerade noch genug Kraft aufweist, um den Schieber 204 in die Offenstellung zu drücken bzw. wenig Gegenkraft auszuüben, wenn durch Druckaufbau im Raum 202 zwischen Vorsteuerventilsitz und „Topfboden" 220 der Schieber 204 in die Geschlossenstellung geschoben werden soll. Der Einbauraum für die Druckfeder 208, der auch der Hubraum für den großen Kolben-Durchmesser 220 ist, mit einer oder mehreren Bohrungen 408 zur Atmosphäre oder einem anderen Niederdruckraum verbunden sein.
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Dadurch ergibt sich keine bzw. eine verringerte Widerstandskraft gegen die (schnelle) Bewegung des Schieberkolbens 204 durch Gasdruck im Federraum bzw. gegen die schnelle Volumenänderung dieses Hubraums. Auch kann eine Leckage durch Spaltdichtungen des Steuerkolbens 204 aus dem Gehäuse abgeleitet werden.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Ventil ein Vorsteuerventil 210 auf, von dem nur das Dichtelement im Ventilsitz dargestellt ist. Direkt anschließend an den Dichtsitz weist das Ventil 104 eine Verbindungsbohrung 222 zwischen einer Steuerkammer 202 und dem Vorsteuerventil 210 auf. In der Steuerkammer 202 ist ein Steuerkolben 204 mit einem großen Durchmesser angeordnet. Der Steuerkolben 204 ist über eine (Spalt-) Dichtung zum Gehäuse abgedichtet. In einem Boden 220 des Steuerkolbens 204 ist eine Durchgangsbohrung 206 angeordnet. In einer Federraumbohrung ist eine schwache Druckfeder 208 angeordnet. An einer zweiten Seite 218 weist der Steuerkolben 204 einen kleinen Durchmesser auf und ist ebenfalls über eine (Spalt-) Dichtung zum Gehäuse abgedichtet. Der Steuerkolben 204 weist Abströmbohrungen 400 zum Luftsack auf. Die Abströmbohrungen 400 des Steuerkolbens 204 sind übereinstimmend zu Bohrungen 306 im Gehäuse ausgerichtet. Alternativ weist der Steuerkolben eine Steuerkante am Topfrand 402 auf. An dem Topfrand 402 kann auch eine Feder 208 angreifen. Ein Gastank 300 ist von einer Berstscheibe 302 druckdicht verschlossen. Der Stufenkolben 204 ist stromlos offen. Die Feder 208 hält den Schieber 204 stromlos in der Offenstellung.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Vorsteuerventil 210 stromlos geschlossen. In einem Ausführungsbeispiel ist das Vorsteuerventil 210 stromlos offen. Der Stufenkolben 204 ermöglicht eine Kraftübersetzung. Deswegen ist nur eine kleine Leistung des Vorventils 210 erforderlich. Die kurze Durchlassbohrung 206 mit geringem Druckabfall erlaubt ein schnelles Schließen des Ventils 104. Zum Wiederöffnen des Ventils 104 wird der Druck in der Steuerkammer 202 über das Vorsteuerventil 210 abgebaut. Eine Federkennlinie und/oder Federvorspannung kann einfach auf anwendungsspezifische Druckverhältnisse bzw. Druckübersetzungen angepasst werden.
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5 zeigt eine Darstellung eines Ventils 104 mit berührenden Dichtungen 500, 502 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Ventil 104 entspricht im Wesentlichen dem Ventil in 4. Im Gegensatz zu 4 weist das Ventil 104 keine Feder auf. Das Rückhalteelement 208 ist durch die berührenden Dichtungen 500, 502 ausgebildet. Die erste Dichtung 500 überbrückt den Spalt zwischen der Wand der Ventilkammer 200 und dem Steuerkolben 204. Die erste Dichtung 500 ist in einer Nut in der Wand angeordnet und gleitet auf dem Steuerkolben 204. Die zweite Dichtung 502 überbrückt den Spalt zwischen der Wand der Steuerkammer 202 und dem Steuerkolben 204. Die zweite Dichtung 502 ist in einer Nut in dem Steuerkolben 204 angeordnet und gleitet an der Wand der Steuerkammer 202. Durch den direkten Kontakt zwischen den Dichtungen 500, 502 und den Gleitflächen wird der Steuerkolben 204 von einer Haftreibungskraft der Dichtungen 500, 502 in der Offenlage gehalten. Die Dichtungen 500, 502 können auch einzeln verbaut sein. Doppelte Dichtungen 500, 502 stellen eine verbesserte Dichtwirkung bereit. Das Absperrelement 210 ist in diesem Ausführungsbeispiel als elektromagnetisch betätigtes Ventil ausgeführt. Der Deckel der Steuerkammer ist hier als separates Bauteil ausgeführt. Der Auslass 222 ist in dem Deckel angeordnet. Die Berstmembran 302 ist aus dem Drucktank 300 heraus gewölbt ausgeführt. Die Berstmembran 302 ist an einem Absatz abgestützt. Eine Elektrode kontaktiert die Berstmembran 302 durch die Wand des Ventils 104, um den Impuls zum Zerstören der Berstmembran 302 zu übermitteln.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die Spaltdichtungen durch Dichtringe 500, 502 beispielsweise aus PTFE (Polytetrafluorethylen) ersetzt. Dadurch ergibt sich eine verringerte Gasleckage. Alternativ bzw. zusätzlich können diese Dichtringe 500, 502 mit einer dem „Rollbackverhalten" ähnlichen Funktion die Funktion des Rückhalteelements 208 übernehmen. Dabei wird der Kolben 204 in Offenstellung gehalten bzw. in die Offenstellung gezogen. Die Druckfeder kann dann entfallen oder kleiner, schwächer, kostengünstiger ausgeführt werden.
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Durch das Rollbackverhalten von Dichtungen werden in Radbremszylindern die Bremskolben und Bremsbeläge beim Bremselösen von den Bremsscheiben zurückgezogen.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Vorsteuerventil 210 von anderen Anwendungen übernommen. Beispielsweise kann ein Auslassventil aus ABS-/ESP-Bremsregelsystemen adaptiert worden sein.
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6 zeigt eine Darstellung eines Ventils 104 mit Aktuator 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Ventil 104 entspricht im Wesentlichen dem Ventil in 4. Der Steuerkolben 204 weist wie in 2 eine Steuerkante 310 anstatt der Auslassöffnungen auf. Dadurch kann auf eine Verdrehsicherung verzichtet werden. Der Stufenkolben 204 ist über eine Steuerstange 602 mit dem Aktuator 600 gekoppelt. Die Steuerstange 602 ist mittig auf der zweiten Kolbenfläche 220 mit dem Steuerkolben 204 verbunden. Mehrere Bohrungen 604 zum Druckausgleich durch den Steuerkolben 204 seitlich versetzt zu der Steuerstange 602 ergänzen sich zu einem Gesamtquerschnitt des Überstromkanals 604. Der Aktuator 600 ist als elektromagnetischer Aktuator ausgeführt. Der Aktuator 600 stellt ansprechend auf ein Schließsignal einen mechanischen Impuls bereit, der von der Steuerstange 602 auf den Steuerkolben 204 übertragen wird. Um Raum für die Steuerstange 602 zu schaffen, ist das Absperrelement 210 als Vorsteuerventil bzw. Pilotventil seitlich versetzt bzw. exzentrisch zu der Steuerstange 602 angeordnet. Das Absperrelement 210 ist über eine Montageöffnung im Gehäuse für die Vorsteuerventilgruppe erreichbar. Das Vorsteuerventil 210 weist eine Magnetspule, einen Anker, ein Dichtelement und einen Ventilsitz auf. Der Auslass 222 ist von dem Absperrelement 210 über ein Rückschlagventil 604 zu einer der Bohrungen 306 geführt, um den Fluidstrom durch die Überströmkanäle 206 zum Befüllen des Luftsacks nutzen zu können. Der Steuerzylinder 204 weist einen umlaufenden Anschlag 606 oder Absatz auf. Der Anschlag 606 ist dazu ausgebildet, die Bewegung des Steuerkolbens 204 in der Geschlossenlage zu stoppen. Der Anschlag 606 verhindert eine Beschädigung des Rückhalteelements 208. Die Wand des Ventils 104 weist im Bereich des Rückhalteelements 208 eine Entlüftungsbohrung 408 auf, um Gas, das durch die Spaltdichtungen in den Bereich des Rückhalteelements 208 gelangt abzuführen.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Ventil 104 Rippen, Stege und/oder Vertiefungen am Boden des Steuerkolbens 204 auf.
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Das hier vorgestellte Ventil 104 ist als hydraulisches Schieberventil für eine hohe Schaltfrequenz beim Öffnen und Schließen im Millisekunden-Bereich ausgelegt. Die vorgestellten Sonderelemente 600 erhöhen die Funktionssicherheit und/oder die Effizienz des Ventils 104.
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In einem Ausführungsbeispiel kann ein Aktuator 600 schnell bzw. hochfrequent Kräfte bzw. Wege auf den (Stufen-) Kolben 204 des (Schieber-) Ventils 104 ausüben. Ein Magnetanker 608 ist über eine Stange 602 mit dem (Stufen-) Kolben 204 verbunden. Der Magnetanker 608 wird zusammen mit einem feststehenden Polkern 610 Teil eines Magnetfelds, das durch eine Magnetspule 612 bei Bedarf erzeugt wird. Die Verbindungsstange 602 ist zentrisch an Magnetanker 608 und Steuerkolben 204 angebracht.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Überströmkanal bzw. die Verbindung 206 zwischen der Ventilkammer bzw. dem Kolbenraum 200 und der Steuerkammer bzw. der Verstärkungskammer 202 exzentrisch. In einem Ausführungsbeispiel ist die Verbindung 206 als mehrere Verbindungen 206 durch den Kolben ausgeführt. In einem Ausführungsbeispiel ist die Verbindung 206 durch eine außen liegende Leitungsverbindung 206 oder Verbohrung wie in 3 ausgeführt. Das Vorsteuerventil 210 ist dann ebenfalls nicht integriert, sondern wird in der Verbindungsleitung 206 montiert. In einem Ausführungsbeispiel ist die Verbindung 206 zentrisch durch den Kolben 204.
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In einem Ausführungsbeispiel ist der Auslass 222 des Vorsteuerventils 210 mit dem Gasaustritt 306 des Ventils 104 vom Tank zum Luftsack verbunden und nicht mit der Atmosphäre. In einem Ausführungsbeispiel ist in dieser Verbindung 222 ein (Rückschlag-) Ventil 604 angeordnet, um unerwünschte Rückwirkungen des hohen Gasaustrittsdrucks auf den Auslass 222 des Vorsteuerventils 210 zu vermeiden. Dadurch kann die Bewegung bzw. Belastung des Steuerkolbens 204 positiv beeinflusst bzw. gedämpft werden.
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Eine zentrische Anbindung z. B. eines Aktuators 600 wird ermöglicht, wobei die Verbindungsbohrung 206 näher am ebenfalls exzentrisch angeordneten Vorsteuerventil 210 angeordnet ist. Über eine unterschiedliche Bohrungs- und/oder Drosselgeometrie sind besondere Funktionsbereiche darstellbar (z. B. Drücke, Volumenströme, Temperaturen etc.).
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird die Ausnutzung des im Tank gespeicherten Gases erhöht, der Verlust an die Atmosphäre wird aufgrund der Nutzung des Gases als Energiequelle für die Kraftverstärkung verringert. Dadurch ist nur wenig elektrische Energie notwendig, um das Ventil 104 zu schalten.
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Durch die Verwendung von Kaltgas kann ein weniger temperaturbeständiges, kostengünstigeres Luftsackmaterial verwendet werden. Der Gashochdruckspeicher ist mit Berstscheibe ausgeführt, was zu einer extrem guten Dichtheit, einer sehr hohen Gasverfügbarkeit über eine große Lebensdauer und zu einer hohen Verfügbarkeit im Bedarfsfall führt. Ein kleiner mechanischer Energiespeicher 208 (Druckfeder) weist eine sehr hohe Energieverfügbarkeit über die lange Lebensdauer und eine hohe Funktionssicherheit im Bedarfsfall auf. Durch das Rückhalteelement 208 befinden sich aller Teile zu jeder Zeit des Produktlebens an einer eindeutigen Position, wodurch sich die Funktionssicherheit erhöht.
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Ein axialer Anbau des Ventils 104 an den Kaltgasgenerator erlaubt einen schlanken Aufbau der Baugruppe mit Vorteilen beim Einbau in eine Kfz-Karosserie, z. B. in Rohren, Säulen etc.
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Das hier vorgestellte Ventil 104 weist wenige, einfache Teile mit wenigen Spaltdichtungen auf, was zu einem kostengünstigen Aufbau führt. Das Vorsteuerventil 210 erlaubt geringe Kosten des installierten Elektromagnets verglichen mit direkt ansteuernden Magnetventilen. Der hier vorgestellte Ansatz kann auch bei anderen Gas-/Medienverbrauchern in anderen Anwendungen wie der Industrie verwendet werden.
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In einem Ausführungsbeispiel eines Betätigungsablaufs wird ansprechend auf ein Aktivierungssignal die Berstscheibe geöffnet. Da die Schieberöffnungen 306 aufgrund der Kraftwirkung der Druckfeder 208 bereits geöffnet sind, strömt das Gas sofort und mit hohem Druck aus dem Druckbehälter und aus den Schieberöffnungen 306 in Richtung Luftsack. Das Vorsteuerventil 210, das hier stromlos geschlossen ausgeführt ist, wird angesteuert und der Ventilsitz wird geöffnet. Dadurch strömt ein Teil des Gases durch die mehreren exzentrischen Kolbenbohrungen 206, zumindest eine Verbindungsbohrung und den Vorsteuerventilsitz in die Abströmleitung 222 und über das Rückschlagventil 604 in die Abströmbohrung 306 zum Luftsack ab. Alternativ kann das Gas auch in die Atmosphäre bzw. die Umgebung abströmen.
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Dadurch ist der Schieberkolben 204 auf seiner Vorderseite mit hohem Gasdruck beaufschlagt, auf seiner Rückseite herrscht näherungsweise Umgebungsdruck. Der Schieberkolben 204 wird durch die große öffnende Gasdruckkraft und die Druckfeder 208 in Offenstellung gehalten.
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Wenn das Gasausströmen beendet werden soll, wird das Vorsteuerventil 210 stromlos gestellt. Es schließt. Auf der Rückseite des Schieberkolbens 204 baut sich der gleiche Gasdruck wie auf der Vorderseite des Schieberkolbens 204 auf.
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Kleben bzw. zu geringe Füllvolumina am Kolbenboden können durch Rippen/Stege am Steuerkolbenboden vermieden werden. So wird ein unverzögerter Bewegungsstart des Steuerkolbens 204 unterstützt. Der elektromagnetische Aktuator 600 kann diese Kolbenbewegung in Schließrichtung am Anfang durch eine Zusatzkraft unterstützen, und/oder während der Schließbewegung und/oder an deren Ende durch Kraftmodulation günstig beeinflussen. So kann beispielsweise Schwingungen beim gegen den Anschlag 606 fahren durch ein Abbremsen entgegengewirkt werden.
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Aufgrund der größeren Rückseitenfläche des Steuerkolbens 204 entsteht in Summe eine schließend wirkende Gasdruckkraft. Sie kann aufgrund der Auslegung die öffnend wirkende Druckfederkraft überwinden. Der Schieberkolben 204 geht in Geschlossenstellung und sperrt den Gasstrom ab. Durch einen zusätzlichen Absatz 606 am Steuerkolben 204 wird die Druckfeder 208 vor zu starker Belastung bzw. vor Blockstellung geschützt. Gleichzeitig entsteht dadurch ein Hubanschlag 606 in Geschlossenstellung für den Steuerkolben 204.
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Wenn das Gasausströmen wieder gestartet werden soll, wird das Vorsteuerventil 210 angesteuert, der Ventilsitz wird geöffnet und der Druck in der Steuerkammer 202 baut sich ab, wodurch der Gasdruck auf der Vorderseite des Steuerkolbens den Steuerkolben 204 wieder in die Offenlage bewegen kann.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Aufblasen eines Luftsacks unter Verwendung eines Ventils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 700 weist einen Schritt 702 des Bereitstellens und einen Schritt 702 des Anpassens auf. Im Schritt 702 des Bereitstellens wird ein Überdruck in der Ventilkammer unter Verwendung eines Kaltgasgenerators bereitgestellt. Im Schritt 704 des Anpassens wird der Fluidstrom durch den Überströmkanal unter Verwendung eines Absperrelements angepasst, um einen Druckaufbau in einer Steuerkammer des Ventils zum Bewegen eines Steuerkolbens des Ventils in eine Geschlossenlage zu steuern.
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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.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007003321 A1 [0004]
