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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen pyrotechnischen Gasgenerator für das Aufblasen eines Airbags für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Das Dokument
FR 2 863 986 A1 und die entsprechende
DE 10 2004 060 838 A1 beschreiben einen pyrotechnischen Gasgenerator für das Aufblasen eines Airbags eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Die Benutzung dieses Gasgenerators ruft zwei Arten von Problemen hervor.
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Erstens findet eine Niederdruckverbrennung am Ende des Betriebes statt. Tatsächlich ist, wenn der Hochgeschwindigkeits-Treibstoff einmal ausgebrannt ist, der Niedergeschwindigkeits-Treibstoff allein in der Brennkammer, deren sämtliche Auslassdüsen offen sind, was eine erhebliche Senkung des Drucks hervorruft.
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Daraus resultieren unvollständige Verbrennungen und erhebliche Toxizitätswerte.
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Zweitens findet ein erheblicher Bruch der Treibstoffpastillen während der Zündung statt. Dies ruft eine Zunahme der Oberfläche, die der Verbrennung ausgesetzt ist, hervor und somit eine Variabilität der Leistung des Gasgenerators während der ersten Millisekunden (Modifikation der Verbrennungsgeschwindigkeit).
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DE 198 46 185 A1 offenbart eine Gassackaufblasvorrichtung mit einer Mehrzahl von pyrotechnischen Ladungsteilen, die unterschiedliche Brenngeschwindigkeiten aufweisen.
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DE 697 07 629 T2 offenbart einen pyrotechnischen Gasgenerator, der eine blockförmige pyrotechnische Ladung mit einer Mehrzahl von parallelen Längskanälen aufweist.
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DE 691 02 179 T2 offenbart eine Aufblasvorrichtung mit zwei Brennkammern und einem Zünder, wobei eine Ladung in Form von Pellets in einer an den Zünder angrenzenden Brennkammer und eine Ladung in Form von Lochscheiben in der entfernten Brennkammer vorgesehen ist. Die Ladungen werden mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung hintereinander gezündet.
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WO 2003/057 541 A1 offenbart eine weitere pyrotechnische Aufblasvorrichtung.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Probleme zu lösen und einen Gasgenerator bereitzustellen, bei dem die Verbrennung der pyrotechnischen Ladungen zeitlich so gesteuert ist, dass die Gasaustritte und die thermischen Verluste im Airbag richtig kompensiert sind, und ein guter betrieblicher Kompromiss erhalten wird, indem ein ausreichendes Druckniveau unter Vermeidung jeglichen Berstrisikos aufrechterhalten wird.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist mindestens die pyrotechnische Ladung der an den Zünder angrenzenden Brennkammer aus einer Aneinanderreihung von Pastillen gebildet, die jeweils eine zentrale Öffnung aufweisen und somit einen Längskanal bilden. Dadurch können die Verbrennungen der Ladungen in der an den Zünder angrenzenden Brennkammer und der daran angrenzenden Brennkammer im Wesentlichen zur selben Zeit gezündet werden.
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Erfindungsgemäß sind die Auslassöffnungen des inneren Rohres mit Blick auf die Brennkammer, die die Ladung mit der kürzesten Brenndauer enthält, angeordnet. Der Umstand, dass die Rohrwand des inneren Rohres frei von Öffnungen mit Blick auf die mindestens eine andere Brennkammer ist, ermöglicht es, in ihr ein hohes Druckniveau zu gewährleisten, da die Verbrennungsgase nur durch die Düse der entsprechenden Trennwand entweichen können. Somit erhält man einen guten betrieblichen Kompromiss, indem ein ausreichendes Druckniveau aufrechterhalten wird, unter Vermeidung jeglichen Berstrisikos.
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Dank dieser Kombination von Merkmalen erhält man demnach eine gesteuerte Verbrennung beider Ladungen, ohne Bruch von Pastillen, und der Auslass der Gase, der aus der Verbrennung der Ladung mit langer Brenndauer resultiert, übernimmt auf gewisse Weise den Auslass der Gase, der aus der Verbrennung der Ladung mit kurzer Brenndauer resultiert. Somit werden die Gasaustritte und die thermischen Verluste im Airbag richtig kompensiert.
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Die Erfindung sieht des Weiteren vor, dass das innere Rohr einseitig geschlossen ist. Dies hat den Vorteil, dass das entsprechende Ende des inneren Rohres nicht abgedichtet werden muss.
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Andere günstige und nicht einschränkende Merkmale sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert, in denen:
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die 1 eine Querschnittsansicht, gemäß eines mittleren Längsschnittes, eines Gasgenerators entsprechend der vorliegenden Erfindung ist;
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die 2 ein Kurvendiagramm ist, das für einen Gasgenerator wie den von 1 die Massenflussraten des von jeder seiner Brennkammern erzeugten Gases, als auch die gesamte Massenflussrate zeigt;
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die 3 ein Kurvendiagramm ist, das die Aufblaskraft von 1 zeigt, die in Form eines kumulativen Gasflusses ausgedrückt wird, unter Berücksichtigung der Temperatur;
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die 4 eine Ansicht analog zu 1 ist und eine Variante des Gasgenerators mit drei Brennkammern darstellt.
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Wie zuvor erwähnt umfasst der Gasgenerator 1 gemäß der Erfindung, wie in der angehängten 1 dargestellt, zwei koaxiale zylindrische Rohre, nämlich ein inneres Rohr 3, dessen inneres Volumen der Länge nach zwei Brennkammern C1 und C2 begrenzt, und ein äußeres Rohr 2.
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Diese beiden Rohre werden beispielsweise aus Metall geringer Stärke gebildet.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform weisen die Rohre einen kreisförmigen Querschnitt auf und besitzen die Besonderheit, beide einseitig geschlossen zu sein, wobei ihre verschlossenen Enden an der gleichen Seite angeordnet sind. Es ist jedoch möglich, andere Formen des Rohrquerschnittes zu benutzen, so zum Beispiel einen Querschnitt von quadratischer Form.
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Die Bezugszeichen 20 und 30 kennzeichnen ihre zylindrische Rohrwand, während die Bezugszeichen 22, beziehungsweise 32, ihr geschlossenes Ende bezeichnen.
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Ihre jeweilige Öffnung, entgegengesetzt dem geschlossenen Ende, wird mit 21, beziehungsweise 31 in Bezug genommen.
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Beispielsweise weist das äußere Rohr 2 eine Länge zwischen 150 mm und 280 mm auf, während die Länge des inneren Rohres zwischen 130 mm und 260 mm liegt.
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Ebenfalls beispielsweise bewegen sich die Werte ihrer jeweiligen Innendurchmesser zwischen 10 mm und 18 mm.
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Der Gasgenerator gemäß der Erfindung weist vorzugsweise ein Verhältnis von Länge zu Breite größer als vier auf.
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Die Benutzung einseitig geschlossener Rohre hat den Vorzug, im Vergleich mit Gasgeneratoren nach dem Stand der Technik, dass das entsprechende Ende des Rohres nicht, durch welches Mittel auch immer, abgedichtet werden muss, was aufgrund zusätzlicher Montagevorgänge, zusätzlicher Montagezeit und des Bedarfs eines zusätzlichen Vorrates an Teilen nachteilig ist.
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Das geschlossene Ende 32 des inneren Rohres 3 steht in Kontakt mit dem geschlossenen Ende 22 des äußeren Rohres.
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Wegen der Längendifferenz zwischen den beiden Rohren gibt es einen Bereich im Inneren des Rohres 2, der direkt mit seiner Öffnung 21 kommuniziert, in der das innere Rohr 3 nicht vorhanden ist.
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In diesem Bereich ist ein pyrotechnischer Zünder 6 angeordnet, der in der unmittelbaren Erstreckung des inneren Rohres 3 platziert und in der Lage ist, die Verbrennung einer pyrotechnischen Ladung 5 auszulösen, die in einer ersten Brennkammer C1 angeordnet ist.
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Der Zünder selbst ist auf dem Niveau seiner Elektroden auf einem Sockel 60 positioniert, wobei die Gesamtheit so geformt ist, dass sie in einer Halterung eingeschlossen wird, die aus zwei identischen Halbschalen 61 und 62 gebildet wird.
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Das äußere Rohr 2 ist auf diese Halterung 61/62 auf dem Niveau eines ringförmigen Bereichs 26 gecrimpt.
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Die Gesamtheit des Zünders kann Mittel zur Fokussierung des Gases in die Richtung des inneren Kanals der angrenzenden pyrotechnischen Ladung umfassen, wie unten dargestellt ist. Diese Mittel sind beispielsweise Ablenkbleche.
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Der Zünder ist teilweise in das Innere des Rohres 3 eingefügt, in einer vorherbestimmten Entfernung von der in der Nähe angeordneten pyrotechnischen Ladung. Diese Entfernung wird von einem Fachmann gewählt auf der Basis des besten Kompromisses zwischen hinreichender Zündung der pyrotechnischen Ladung und Vermeidung von Druck auf diese Ladung.
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Wie weiter oben angegeben, begrenzt das Innenvolumen des inneren Rohres 3 der Länge nach zwei Brennkammern C1 und C2. Diese sind getrennt durch eine Trennwand 7, wobei das Rohr 3 auf diesem Niveau auf letztere gecrimpt oder geschweißt ist. Sie ist von einer axialen zylindrischen Öffnung 70, die eine Düse bildet, durchbohrt.
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Der Bereich der Rohrwand 30 des Rohres 3, der mit Blick auf die Brennkammer C1 angeordnet ist, das heißt zur Linken der Trennwand 7, wenn man die 1 betrachtet, ist fortlaufend, was bedeutet, dass er frei von Öffnungen ist.
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Der zweite Bereich der Rohrwand 30 jedoch, der mit Blick auf die Brennkammer C2 angeordnet ist, das heißt zur Rechten der Trennwand 7, wenn man die 1 betrachtet, umfasst eine Reihe kleiner Öffnungen 33, die Düsen bilden, welche es erlauben, diese Brennkammer mit dem ringförmigen Raum, der zwischen den beiden Rohren 2 und 3 angeordnet ist und eine Verteiler- und Filtrierungskammer T darstellt, in Verbindung zu setzen, wie später in der Beschreibung dargestellt.
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Später wird ebenfalls der Nutzen der Existenz von Öffnungen 33 mit Blick auf die Brennkammer C2 erklärt werden, und ihrer Abwesenheit mit Blick auf die Brennkammer C1.
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Die Ladung 5, die in dieser Brennkammer C1 enthalten ist, besteht aus identischen aneinandergereihten Pastillen, vorzugsweise aus Treibstoff, die einen inneren Kanal CL aufweisen, welcher ihnen eine ringförmige Form verleiht.
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Auf diese Art gibt es in Längsrichtung der Brennkammer C1, in der Achse der Ladung 5, einen Durchgang, der frei von Material ist. Dieser Durchgang gestattet es den Zünd- und Verbrennungsgasen zu zirkulieren. Der Kanal CL befindet sich in einer Linie mit der Düse 70 der Trennwand 7.
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Der äußere Durchmesser der Pastillen ist, mit einem engen Spiel, gleich dem Innendurchmesser des Rohres 3.
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Die Ladung 5', die in der zweiten Brennkammer C2 vorliegt, weist grundsätzlich die gleichen Merkmale der Form auf, wie die Ladung 5. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform jedoch können die Pastillen, die sie bilden, keinen materialfreien Durchgang aufweisen, so dass der oben beschriebene Kanal CL nicht vorliegen würde.
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Das äußere Rohr 2 weist auf seiner zylindrischen Rohrwand 20 Gasauslassöffnungen 23 in das Kissen eines Airbags auf (der hier um der Klarheit der Figur willen nicht dargestellt wurde). Sie sind verteilt auf zwei verschiedene Gruppen, eine mit Blick auf die Brennkammer C1, und die zweite mit Blick auf die Brennkammer C2.
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Befestigungszapfen für eine Halterung tragen das Bezugszeichen 4.
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In der Verteilerkammer T sind Filtermittel F für heiße Gase und Partikel, die aus den Brennkammern herrühren, bereitgestellt.
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Es kann sich um einen Filter aus Metallfasern, eine Drahtwicklung oder um verdichtete Metallfäden handeln.
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Dies ist die allgemeine Struktur eines Gasgenerators gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Nachfolgend wird die Funktion beschrieben.
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Die Zusammensetzung, die Masse, das Volumen und die Form der pyrotechnischen Ladungen sind so gewählt, dass die Ladung 5 der Brennkammer C1 eine lange Brenndauer aufweist und einen kurzen, schwachen Gasauslass erzeugt, und dass die Ladung 5' der Brennkammer C2 eine kürzere Brenndauer aufweist und einen kurzen, aber stärkeren Gasauslass erzeugt.
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Mit Bezug auf 1 wird festgestellt, dass das Volumen, welches von Ladung 5 der Brennkammer C1 eingenommen wird, kleiner ist als das, welches von Ladung 5' der Brennkammer C2 eingenommen wird.
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Wenn der Zünder 6 aktiviert ist, rufen Gas und Partikel, die aus ihm austreten, zuerst die Verbrennung der Ladung 5 der angrenzenden Brennkammer C1 hervor.
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Die Präsenz des Kanals CL erleichtert die Ausbreitung von Gasen über die gesamte Länge der Ladung und ebenso ihre Verbrennung.
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Zusätzlich tragen Fokussierungsmittel, wenn sie vorliegen, dazu bei, die Gase und Partikel zu lenken, die sich aus der Aktivierung des Zünders zum Kanal CL hin ergeben.
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Der Umstand, dass die Rohrwand 30 des Rohres 3 frei von Öffnungen mit Blick auf die Brennkammer C1 ist, ermöglicht es, in ihr ein hohes Druckniveau zu gewährleisten, da die Verbrennungsgase nur durch die Düse 70 der Trennwand 7 entweichen können. Somit erhält man einen guten betrieblichen Kompromiss, indem ein ausreichendes Druckniveau aufrechterhalten wird, unter Vermeidung jeglichen Berstrisikos.
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Ein Teil der vom Zünder 6 ausgesendeten und der von der Ladung 5 ausgesendeten Gase und Partikel strömen in die Brennkammer C2, was die Verbrennung der Ladung 5' hervorruft, die dort vorliegt. Die Präsenz des Kanals CL erleichtert die Ausbreitung der Verbrennung der Ladung 5'. Jedoch ist dieser nicht unbedingt erforderlich. Er ist nur in der Ladung 5 angrenzend zum Zünder notwendig.
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Die Gase entweichen dann aus dem Rohr 3 durch die Öffnungen 33, die ausschließlich mit Blick auf die Brennkammer C2 vorliegen.
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Sie strömen in die Verteilerkammer T, in der sie durch die Mittel F gekühlt und gefiltert werden.
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Schließlich verlassen sie das Rohr 2, um durch die Öffnungen 23 in den aufzublasenden Airbag zu strömen (nicht dargestellt).
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2 zeigt, in der Form von Kurven, die Massenflussraten des Gases, das durch die Verbrennung jeder der Ladungen ausgesendet wird, als eine Funktion der Zeit.
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Die Kurve D1 ist jene, die der Ladung C1 entspricht, die Kurve D2 entspricht C2 und DT ist die resultierende Kurve, die die gesamte Massenflussrate des Gases als eine Funktion der Zeit zeigt. Es wird festgestellt, dass die Verbrennungen im Wesentlichen zur selben Zeit gezündet werden, und dass die Maximalwerte der Flussraten im Wesentlichen in demselben Moment erreicht werden.
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Jedoch ist die Flussrate Null gemäß der Kurve D2 bei t = 20 ms, wohingegen sie noch einen beachtlichen Wert gemäß der Kurve D1 aufweist, sogar gut über diesen Zeitpunkt hinaus.
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Dies zeigt, dass die durch die Verbrennung der Ladungen der beiden Brennkammern ausgesendeten Gase zum anfänglichen Aufblasen des Kissens beitragen. Da jedoch die Ladung der Brennkammer C1 eine längere Brenndauer aufweist, tragen die Gase, die am Ende des Betriebes erzeugt wurden, dazu bei, das Aufblasen über die Zeit aufrechtzuerhalten, wobei die Verluste wegen der Entlüftung kompensiert werden.
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Diese Informationen werden bestätigt durch jene, die von 3 geliefert werden. Man stellt tatsächlich einen regelmäßigen und erheblichen Anstieg der Gasflussrate zu t = etwa 12–13 ms fest. Nach dieser Zeitspanne steigt die Gasflussrate immer noch an, aber gemäß einer allmählicheren Zunahme. Man stellt also hier eine zusätzliche Staffel-Funktion der Gase fest, die von der Brennkammer, welche die längste Betriebsdauer aufweist, erzeugt werden.
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In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann man von pyrotechnischen Ladungen Gebrauch machen, die unterschiedliche Verbrennungsgeschwindigkeiten aufweisen. So hätte in der Konfiguration der 1 die Ladung 5 eine langsamere Verbrennungsgeschwindigkeit als die Ladung 5'.
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Weiterhin ist in einer nicht dargestellten Ausführungsform der Bereich des inneren Rohres, der mit Öffnungen 33 versehen ist, derjenige, der sich mit Blick auf die Brennkammer C1 befindet. In dieser Konfiguration ist es die Ladung, die die kürzeste Brenndauer aufweist (und/oder die höchste Verbrennungsgeschwindigkeit), welche diese Brennkammer einnimmt.
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Der in 4 dargestellte Gasgenerator weist im Wesentlichen dieselbe Struktur auf wie jene, die mit Bezug auf 1 beschrieben worden ist. Somit wurden dieselben numerischen Bezugszeichen verwendet, um identische oder ähnliche Elemente zu kennzeichnen. Nicht dargestellte Fokussierungsmittel werden im Zünder 6 bereitgestellt.
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Es wird jedoch festgestellt, dass in diesem Fall das Rohr 3 drei Brennkammern C1, C2 und C3 enthält, die zwei-zu-zwei durch Trennwände 7 und 7' getrennt sind und jeweils durch eine Öffnung 70 beziehungsweise 70', die eine Düse bildet, durchbohrt sind.
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Die Brennkammer C2, die dem Zünder am Nächsten angeordnet ist, weist die kürzeste Betriebszeit auf. Daher ist es mit Blick auf diese Brennkammer, dass das Rohr 3 Öffnungen 33 auf dem Niveau seiner Rohrwand 30 aufweist.
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Die Brennkammer C3, die vom Zünder am Weitesten entfernt angeordnet ist, weist die längste Betriebszeit auf. Die Zwischenkammer C1, die zwischen den beiden vorhergehenden Brennkammern angeordnet ist, besitzt eine Betriebszeit zwischen denen der Brennkammern C2 und C3.
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Es ist wichtig, dass zumindest die Brennkammern C1 und C2 einen zentralen Kanal CL umfassen, dergestalt, dass die Verbrennungsgase bis zur Brennkammer C3 transportiert werden.
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In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform kann die Verteilung der Brennkammern anders sein. Es sind jedoch wieder die Ladungen der beiden Brennkammern, die am dichtesten beim Zünder liegen, mit einem Kanal CL ausgestattet.
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Die oben beschriebenen Gasgeneratoren sind insbesondere für das Aufblasen von Seitenairbags, Vorhangairbags und Knieairbags eingerichtet.
