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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Gasgenerator.
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Insbesondere betrifft die Erfindung einen pyrotechnischen Gasgenerator zum Betätigen eines Zylinders, insbesondere eines Zylinders zum Schließen und/oder Öffnen einer Struktur, wie z. B. einer Tür, einer Trennwand oder eines Ventils in einem Gebäude, einem Schiff oder einem Flugzeug.
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Der Gasgenerator nach der Erfindung ist insbesondere für seine Integration in einen Zylinder mit manueller Auslösung ausgelegt.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Pyrotechnische Gasgeneratoren zum Betätigen von Zylindern sind bekannt, z.B. aus der
GB 2 432 399 A , die verschiedene Ausführungsformen eines Gasgenerators zum Anheben einer Motorhaube zeigt, um die Motorhaube im Falle eines Unfalles möglichst schnell anzuheben, die Anhebbewegung aber am Ende zu dämpfen und sogar eine Rückkehr der Motorhaube in ihre Ausgangsposition ermöglichen, um so bei einem Unfall mit einem Fußgänger den Aufprall des Fußgängers zu dämpfen.
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Die
GB 2 400 827 A beschreibt ebenfalls einen Gasgenerator zum Anheben einer Motorhaube, wobei mittels einer pyrotechnischen Ladung eine erste Gelenkverbindung zwischen einem Fahrzeug und einer Motorhaube gelöst wird, so dass sich die Motorhaube um eine zweite Gelenkverbindung anheben kann, wobei das Anheben durch Verwenden einer eigentlich zur Unterstützung des normalen Öffnens einer Motorhaube vorgesehenen Gasdruckfeder erfolgt, die unter Verwendung von Verbrennungsgasen aus dem Gasgenerator geöffnet wird.
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Weitere Gasgeneratoren sind z.B. aus den Druckschriften
US 2 892 452 B und
EP 0 550 321 A1 bekannt, die jeweils verschiebliche Zwischenkolben lehren, die zunächst verschoben werden, bevor dann Verbrennungsgase auf einen eigentlich zu betätigenden Kolben wirken können.
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Ein hybrider Gasgenerator nach der
DE 11 2004 001 437 T5 hat ein langestrecktes Gasgeneratorgehäuse als eine äußere Hülle, worin eine Verbrennungskammer an einer Endseite des Gasgeneratorgehäuses vorgesehen ist, wobei ein Gaserzeugungsmittel und ein Zünder zum Zünden des Gaserzeugungsmittels innerhalb der Verbrennungskammer untergebracht sind, und ein Gasentladeanschluss an einer anderen Endseite des Gasgeneratorgehäuses vorgesehen ist, wobei ein Ventilationskanal zwischen dem Inneren des Gasgeneratorgehäuses und dem Gasentladeanschluss durch eine zerreißbare Platte blockiert ist.
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Die
FR 2 880 659 A1 beschreibt einen Gasgenerator, der zum Betätigen eines Zylinders bestimmt ist, der die Notöffnung einer Flugzeugtür steuert. In bestimmten Fällen kann es vorkommen, dass die Auslösesteuerung des Gasgenerators sich in der direkten Nähe der zu betätigenden Tür befindet. In diesem Zusammenhang kann die Auslösung des Generators eine Gefahr für den Bediener darstellen, wenn dieser nicht über die ausreichende Zeit verfügt, um sich von der Tür zu entfernen, bevor diese sich abrupt in Bewegung setzt.
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Nach der
US 3 017 744 A wird ein Raketenfestbrennstoffelement von einer Zylinderinnenwand eines Raketenmotors durch flächige Elemente beabstandet.
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Die
EP 2 166 233 A1 zeigt einen pyrotechnischen Gasgenerator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasgenerator zum Betätigen eines Zylinders bereitzustellen, der eine sicherere Verwendung auch dann ermöglicht, wenn sich Bediener nach dem Auslösen des Gasgenerators noch von selbigem entfernen müssen.
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Diese Zielsetzung wird dank des pyrotechnischen Gasgenerators nach Anspruch 1 erreicht.
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Mit dem Gasgenerator nach der Erfindung werden die erzeugten Gase durch die Verbrennung der pyrotechnischen Hauptladung in der Brennkammer an ihrem Auslass aus der Brennkammer nicht aus dem Gasgenerator abgeleitet, sondern durch eine Verzögerungskammer des Gasgenerators geleitet.
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Im Ausgangszustand des Gasgenerators ist eine Auslassöffnung der Verzögerungskammer, die den Auslass der Gase zur Außenseite des Gasgenerators ermöglicht, geschlossen.
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Somit nimmt der Druck auf der Innenseite der Verzögerungskammer mit den eindringenden Gasen in diese Kammer zu.
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Erst wenn der Druck auf der Innenseite der Verzögerungskammer den Bruchgrenzdruck erreicht, bei dem das Verschlussorgan bricht oder durchlässig wird, werden die Auslassöffnung(en) der Kammer derart geöffnet, dass die Gase aus der Verzögerungskammer und aus dem Gasgenerator strömen können.
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In dieser Beschreibung ist unter Verzögerungskammer eine Kammer zu verstehen, die im Gegensatz zur Brennkammer keine pyrotechnische Ladung beherbergt.
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Die Druckanstiegszeit der Verzögerungskammer zwischen der Zündung der pyrotechnischen Hauptladung und dem Bruch des Verschlussorgans, das jede Auslassöffnung der Verzögerungskammer verschließt, gewährleistet eine Verzögerungsfunktion zwischen der Auslösung des Zünders und dem Auslass der Gase aus dem Gasgenerator. Wenn der Gasgenerator zum Betätigen eines Zylinders bestimmt ist, wird die Zeit, die die Auslösung des Zünders und die tatsächliche Betätigung des Zylinders (Verschiebung der Schiebeeinheit besonders umfassend den Kolben) trennt, vergrößert. Wenn der Zylinder somit zum Betätigen der Bewegung einer Struktur bestimmt ist, verfügen die Personen, die sich in der Nähe dieser Struktur aufhalten, über die notwendige Zeitspanne, um sich nach der Auslösung des Zünders zu entfernen.
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Die Verzögerungskammer hat außerdem eine Dämpfungswirkung (in Frequenz und Impulsion) auf die Funktion des Zylinders, mit dem der Gasgenerator verbunden ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse des Gasgenerators entlang einer Hauptrichtung gestreckt, und die Brennkammer und die Verzögerungskammer sind eine nach der anderen auf der Innenseite des Gehäuses in der Hauptrichtung angeordnet.
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Gemäß einem Beispiel befindet sich die Brennkammer hinter dem Zünder, und die Verzögerungskammer befindet sich hinter der Brennkammer.
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Gemäß einem Beispiel ist die Verzögerungskammer in der Hauptrichtung durch eine vorgelagerte Wand und eine nachgelagerte Wand abgegrenzt, und die Einlassöffnung ist in der vorgelagerten Wand und die Auslassöffnung ist in der nachgelagerten Wand angeordnet.
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In dieser Beschreibung ist eine Axialrichtung ohne anderslautende Definition eine Richtung parallel zur Hauptachse des Gehäuses des Gasgenerators. Außerdem ist eine Radialrichtung eine Richtung senkrecht zur Hauptachse des Gehäuses und schneidet diese Achse.
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Ohne anderslautende Definition werden die Adjektive und Adverbien axial und radial als Bezugnahme auf die oben angeführte axiale und radiale Richtung verwendet. Auf dieselbe Weise wie zuvor ist eine axiale Ebene eine Ebene parallel zur Hauptachse des Gehäuses des Generators und eine radiale Ebene ist eine Ebene senkrecht zu dieser Achse.
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Schließlich werden die Begriffe vorgelagert und nachgelagert in Bezug auf die Verlagerungsrichtung der Gase im Gasgenerator definiert. Wenn der Gasgenerator an einen Zylinder angekoppelt ist, entsprechen die Begriffe vorgelagert und nachgelagert generell der Verschieberichtung des Kolbens unter der Wirkung der Auslösung des Gasgenerators.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die Brennkammer und die Verzögerungskammer eine gemeinsame Zwischenwand auf, die sich generell transversal zu der Hauptrichtung erstreckt, und in der mindestens eine Einlassöffnung der Verzögerungskammer angeordnet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Auslassöffnung der Verzögerungskammer in der Wand der Kammer angeordnet, die in der Hauptrichtung der Brennkammer gegenüberliegt.
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Gemäß einer vorteilhaften Anordnung ist das Gehäuse des Gasgenerators zylindrisch.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die pyrotechnische Hauptladung derart in der Brennkammer angeordnet, dass radial zwischen der Wand der Brennkammer und der Ladung ein Raum, der den Durchlass für die Gase bildet, definiert wird. In diesem Fall kann die pyrotechnische Ladung die Form eines massiven Blocks, oder eines Stapels aus massiven Scheiben aufweisen. Der dadurch gebildete Raum erstreckt sich dann über die gesamte Länge der pyrotechnischen Ladung in der Hauptrichtung des Gasgenerators, so dass die Gase bis zur Auslassöffnung der Brennkammer strömen können.
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Die pyrotechnische Ladung ist durch Abstandsmittel, insbesondere Zentrierschäfte, von der Wand der Brennkammer entfernt.
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Gemäß einer Anordnung der Erfindung verfügt die Einlassöffnung der Verzögerungskammer über ein Verschlussorgan, das angepasst ist, um von einem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand überzugehen, wenn der Druck auf der Innenseite der Brennkammer einen Bruchgrenzdruck erreicht. Die erste Wirkung dieser Anordnung ist, einen schnellen Druckanstieg der Brennkammer bei Zündung der pyrotechnischen Hauptladung zu gewährleisten. Die Zündung ist zuverlässig und wiederholbar ohne Erlöschungsrisiko. Eine zweite Wirkung ist, dass die Verzögerung, mit der die durch die pyrotechnische Ladung erzeugten Gase aus dem Gasgenerator strömen, verstärkt wird.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst der Zünder einen pyrotechnischen Initiator.
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Zum Erregen des pyrotechnischen Initiators kann der Zünder mechanische Auslösungsmittel (z. B. ein piezoelektrisches Relais oder einen Schlagzünder), oder elektrische Auslösemittel des pyrotechnischen Initiators (elektro-pyrotechnischer Initiator), insbesondere verbunden mit einem Steuerkasten, umfassen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der pyrotechnische Initiator erregt, um die in der Brennkammer enthaltene pyrotechnische Hauptladung direkt zünden zu können.
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Gemäß einer Variante ist der Initiator von der pyrotechnischen Hauptladung entfernt und der Zünder umfasst außer dem pyrotechnischen Initiator ein Zündrelais.
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In dieser Beschreibung wird unter Zündrelais eine pyrotechnische Zwischenladung verstanden, die angepasst ist, um ein Zündsignal des pyrotechnischen Initiators zu erhalten und um dieses Signal an die pyrotechnische Hauptladung zu übertragen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Gasgenerator eine Zündkammer, die angepasst ist, um mit der Brennkammer über mindestens eine Zündungsöffnung zu kommunizieren, und der pyrotechnische Initiator und das Zündrelais sind in dieser Zündkammer untergebracht. Unter der Wirkung einer Auslösesteuerung leitet der pyrotechnische Initiator die Verbrennung des Zündrelais ein, das die Gase auf der Innenseite der Zündkammer erzeugt. Diese Gase leiten durch Eindringen in die Brennkammer durch die Zündungsöffnung die Verbrennung der pyrotechnischen Hauptladung ein.
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Die Zündungsöffnung ist möglicherweise verschlossen, um einen schnellen Druckanstieg der Zündkammer und die Zuverlässigkeit der Zündung des Zündrelais zu gewährleisten. Die Dauer der Verbrennung des Zündrelais beträgt normalerweise 0,1 bis 1 Sekunde.
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Als charakteristisches Merkmal weist die Brennkammer ein geringes freies Volumen auf (normalerweise zwischen 1 und 20 Kubikzentimeter), um ihren schnellen Druckaufbau und die stabile Verbrennung der pyrotechnischen Hauptladung zu gewährleisten.
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Unter freiem Volumen einer Kammer versteht man in dieser Darlegung das anfängliche Volumen (vor Auslösung des Gasgenerators) dieser Kammer, das von den Gasen eingenommen werden kann.
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Vorzugsweise ist das freie Volumen der Verzögerungskammer größer als das vierfache, vorzugsweise größer als das zwanzigfache, des freien Volumens der Brennkammer. Der Druckanstieg in der Verzögerungskammer ist somit generell langsamer als der der Brennkammer.
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Generell kann der Fachmann auf dem Gebiet das optimale Volumen der Verzögerungskammer in Abhängigkeit des Strömungsquerschnitts der Einlassöffnung und der Auslassöffnung der Verzögerungskammer bestimmen, um einen ausreichenden Druck in der Brennkammer zu gewährleisten. Insbesondere wenn die Einlassöffnung der Verzögerungskammer mit ausreichend geringem Querschnitt eine Düse bildet, kann das Volumen der Verzögerungskammer wichtig sein. Wenn die Einlassöffnung der Verzögerungskammer im Gegensatz dazu einen bedeutenden Querschnitt aufweist, ist das Volumen der Verzögerungskammer vorzugsweise begrenzt, wie auch der Querschnitt ihrer Auslassöffnung, um ein Erlöschen der Verbrennung der pyrotechnischen Hauptladung zu vermeiden.
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Die pyrotechnische Hauptladung kann viele verschiedene Konfigurationen und insbesondere Formen und Abmessungen aufweisen. Sie kann beispielsweise die Form von Körnern, Tablette(n), oder auch massiven Scheibe(n) oder (eines) massiven/massiver Blocks/Blöcke mit (einem) Kanal/Kanälen und/oder gelappt sein. Die Form dieser Elemente kann beispielsweise kugelförmig, eiförmig oder zylindrisch sein. Die Körner haben generell ein Gewicht von einigen Milligramm, die Tabletten das Gewicht einiger Zehntelgramme bis einigen Gramm, und die Scheiben und Blöcke von einigen Zehntelgramm bis Hundertstelgramm.
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Die pyrotechnische Hauptladung kann z. B. eine Zusammensetzung des Typs aufweisen, wie er in den Patentanmeldungen
WO 2006/134 311 und
WO 2007/042 735 beschrieben ist, insbesondere eine Zusammensetzung, die hauptsächlich aus Guanidinnitrat und basischem Kupfernitrat besteht.
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Der Fachmann auf dem Gebiet kann die Verbrennungsgeschwindigkeit dieser Zusammensetzungen leicht regulieren und die pyrotechnische Hauptladung derart dimensionieren, dass die Abläufe des geeigneten Druckaufbaus erhalten werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Teil der Verbrennungsfläche der pyrotechnischen Hauptladung mit einer Schutzbeschichtung beschichtet sein, die die Verbrennung hemmt.
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Generell ist der verbrennungsgehemmte Teil mit einer Schicht aus verbrennungshemmendem Material beschichtet, das die Form eines (nicht brennbaren) Klarlacks aufweist. Dieses Verfahren, sowie die Beispiele für hemmende Materialien, die eingesetzt werden können, werden insbesondere in der Patentanmeldung
FR 2 275 425 und im Patent
US 5,682,013 beschrieben.
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Im Fall einer gewöhnlichen Ladung mit vollständig freier Oberfläche ist die Gasleistung bei der Zündung sehr hoch, was einen schnellen Druckanstieg der Brennkammer und danach der Verzögerungskammer ermöglicht, und zum schnellen Bruch des Verschlussorgans am Auslass der Verzögerungskammer führt. Mit dem Verbrauch der Ladung wird aber auch die Verbrennungsfläche kleiner und die Leistung der erzeugten Gase nimmt ab. In bestimmten Fällen ist die Menge der erzeugten Gase nach Öffnung der Auslassöffnung der Verzögerungskammer nicht ausreichend, um beispielsweise einen Kolben am Ausgang des Gasgenerators zu verdrängen, oder um vor einem solchen Kolben einen ausreichenden Druck zu halten, um seine Dämpfung zu gewährleisten.
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Die Verwendung einer pyrotechnischen Hauptladung, bei der ein Teil ihrer Oberfläche mit einer verbrennungshemmenden Beschichtung beschichtet ist, ermöglicht eine Anpassung der Verbrennungsfläche und somit der Gasleistung, um die Zündung, die Bedingungen (insbesondere die Dauer) des Druckaufbaus der Brenn- und Verzögerungskammer und die Bedingungen für die Ausleitung der Verbrennungsgase aus dem Gasgenerator zu optimieren.
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Bei den pyrotechnischen Ladungen, die durch Verbrennung zum Erzeugen einer langen Verbrennungszeit und einer nahezu konstanten Gasleistung geeignet sind, kann ohne einschränkende Wirkung eine pyrotechnische Ladung angeführt werden, die eine generell zylindrische Form, insbesondere in Form eines geraden Zylinders, z.B. vom Typ massiver Monolithblock, oder von Scheibenstapeln aufweist, definiert durch eine erste und eine zweite Kopffläche, wobei die erste Kopffläche mit einer verbrennungshemmenden Schutzbeschichtung beschichtet ist, die zweite Kopfseite frei ist und die Seitenfläche an einem Teil ihrer Länge ab der ersten Kopfseite mit einer verbrennungshemmenden Beschichtung beschichtet und auf der restlichen Länge frei ist.
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In diesem Fall weist die pyrotechnische Ladung einen ersten Abschnitt mit einer freien (d.h. nicht gehemmten) Oberfläche mit ausreichenden Abmessungen auf, um die Zündung und einen schnellen und wiederholbaren Verbrennungsbeginn der Ladung zu gewährleisten, und einen zweiten gehemmten Abschnitt, der einen axialen Fortschritt der Verbrennungsvorderseite und somit eine lange Betriebszeit vorzugsweise mit nahezu konstanter Leistung gewährleistet.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel sind die erste Kopffläche der Ladung und ihre gesamte Seitenfläche mit einer verbrennungshemmenden Beschichtung beschichtet, während die zweite Kopffläche frei ist. Die Seitenfläche der Ladung ist somit auf ihrer gesamten Länge (d.h. von ihrer ersten Kopffläche bis zu ihrer zweiten axialen Kopffläche) gegen die Verbrennung gehemmt.
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Der Fachmann auf dem Gebiet kann die vorgenannten Prinzipien auch auf eine pyrotechnische Hauptladung in Form eines zylindrischen Blocks mit geradem oder sternförmigem, zylindrischem Kanal anwenden, indem ein Teil seiner Fläche gegen Verbrennung gehemmt ist, um die Spezifikationen der Zündung zu erfüllen. In diesem Fall ist die verbrennungshemmende Beschichtung generell gleichförmig auf die erwähnten Beispiele verteilt und die Innenfläche des Blocks bleibt frei.
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Die Erfindung betrifft auch eine Einheit, umfassend einen Zylinder mit einem Zylindergehäuse, das eine mobile Einheit, umfassend einen Kolben und einen Schaft, der auf einer Kopfseite des Gehäuses hervorsteht, aufnimmt, und einen pyrotechnischen Gasgenerator, wie er vorstehend beschrieben ist, in dem die Verzögerungskammer des Gasgenerators in Bezug auf den Kolben des Zylinders so angeordnet ist, dass der Druck der Gase, die durch die Auslassöffnung ausströmen, eine Kraft auf den Kolben ausüben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind der Zylinder und der Gasgenerator derart miteinander verbunden, dass die Auslassöffnungen der Verzögerungskammer in Bezug auf den Kolben ausgerichtet sind.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zwischen der Verzögerungskammer und dem Kolben eine Betätigungskammer definiert, und die Verzögerungskammer kommuniziert über die Auslassöffnung mit dieser Betätigungskammer.
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Die Betätigungskammer wird beispielsweise durch die Verzögerungskammer und den Kolben einerseits, und durch das Gehäuse des Generators und/oder durch das Gehäuse des Zylinders andererseits abgegrenzt.
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Die Erfindung wird besser verstanden und weitere Vorteile der Erfindung werden klarer deutlich aus dem Lesen der folgenden Beschreibung einer Einheit aus einem pyrotechnischen Gasgenerator und einem Zylinder gemäß der Erfindung, die rein beispielhaft gegeben wird und die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht, bei denen Anordnungsmerkmale des erfindungsgemäßen Gasgenerators aus Zusammenschau der 1 und 3 ersichtlich sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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- 1 ist eine perspektivische, teilweise gekürzte Ansicht einer Einheit, umfassend einen pyrotechnischen Gasgenerator und einen Zylinder, der durch den Gasgenerator betätigt werden kann.
- 2 ist eine Schnittansicht des Gasgenerators zur Bezugnahme und gemäß der Ebene II-II der 1.
- 3 ist eine Schnittansicht des Gasgenerators gemäß der Ebene III-III der 1 und stellt eine erfindungsgemäße Positionierung der pyrotechnischen Hauptladung im Innern der Brennkammer dar.
- 4 ist eine Schnittansicht des Gasgenerators gemäß der Ebene IV-IV der 1 und stellt eine Konfiguration der pyrotechnischen Hauptladung im Innern der Brennkammer zur Bezugnahme dar.
- 5 ist eine Grafik, die den Ablauf des Druckaufbaus der verschiedenen Abschnitte der Einheit der 1 nach Auslösung des Gasgenerators darstellt.
- 6 ist eine axiale Schnittansicht, die ein besonderes Beispiel der pyrotechnischen Ladung zeigt, die im Gasgenerator nach der Erfindung verwendet werden kann.
- 7 ist eine axiale Schnittansicht, die ein anderes Beispiel der pyrotechnischen Ladung zeigt, die verwendet werden kann.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine Einheit, umfassend einen Zylinder 100 und einen Gasgenerator 10 nach der Erfindung, der mit dem Zylinder 100 zusammenwirkt, um ihn unter der Wirkung einer Auslösesteuerung zu betätigen.
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Der Zylinder 100 umfasst ein zylindrisches hohles Gehäuse 102 mit der Achse X, worin eine bewegliche Einheit angeordnet ist, gebildet aus einem Kolben 104, der verschiebbar entlang der radialen Innenwand des Gehäuses 102 angeordnet ist, und aus einem Schaft 106, der mit dem Kolben 104 verbunden ist und auf der Vorderseite des Gehäuses 102 hervorsteht.
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Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist das vordere Ende des Schafts 106 direkt oder indirekt mit einer Struktur verbunden, die betätigt werden soll, z.B. mit einer Tür, insbesondere einer Flugzeugtür.
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Der Gasgenerator 10 umfasst ein Generatorgehäuse 60 mit allgemein zylindrischer Form (auf der X-Achse), dessen Vorderseite durch angepasste Mittel mit der Rückseite des Zylindergehäuses 102 verbunden ist.
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Das Generatorgehäuse 60 beherbergt eine Brennkammer 12, in der sich eine pyrotechnische Hauptladung 14, eine Zündkammer 32, die mit der Brennkammer 12 kommuniziert und einen Zünder zum Einleiten der Verbrennung der pyrotechnischen Hauptladung 14 enthält, und eine Verzögerungskammer 22, die mit der Brennkammer 12 kommuniziert.
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Im Beispiel sind die Zündkammer 32, die Brennkammer 12 und die Verzögerungskammer 22 in dieser Reihenfolge von der Vorder- zur Hinterseite entlang der X-Achse angeordnet.
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Jede der Kammern 32, 12, 22 ist in radialer Richtung durch das Gehäuse 60 und in axialer Richtung durch vor- und nachgelagerte Wände abgegrenzt, die sich transversal zur Längsrichtung X des Gehäuses 60 erstrecken.
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Eine Einlassöffnung 61 der Brennkammer 12, die hier in ihrer vorgelagerten Wand 40 gebildet ist, ermöglicht die Kommunikation der Kammer 12 mit der Zündkammer 32.
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Wie aus 1 hervorgeht, kommuniziert die Verzögerungskammer 22 mit der Brennkammer 12 über eine Einlassöffnung 62, die hier in der vorgelagerten Wand 42 der Verzögerungskammer 22 gebildet ist. Die Verzögerungskammer 22 verfügt ferner über eine Auslassöffnung 63, die in ihrer nachgelagerten Wand 44 gebildet ist, und die eine Auslassöffnung zur Außenseite des Gasgenerators 10 bildet.
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Im Beispiel werden die Einlassöffnung 61 der Brennkammer 12 und die vor- und nachgelagerten Öffnungen 62, 63 der Verzögerungskammer 22 alle durch ein ablösbares oder zerbrechliches Verschlussorgan 71, 72 bzw. 73 verschlossen. Jedes Verschlussorgan 71, 72, 73 ist angepasst, um von einem geschlossenen Zustand, in dem die jeweilige Öffnung 61, 62, 63, mit dem es zusammenwirkt, geschlossen ist, in einen offenen Zustand überzugehen, in dem die Öffnung offen ist, wenn ein Bruchgrenzdruck darauf angewendet wird. Es ist anzumerken, dass das Verschlussorgan 73, das dazu dient die Auslassöffnung der Verzögerungskammer zu schließen, vorzugsweise nicht zerbrechlich ist, um zu vermeiden, dass Teile, besonders Metallteile, wenn es sich um ein Verschlussorgan aus Metall handelt, in das Gehäuse des Zylinders eindringen.
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Der Zünder umfasst hier einen pyrotechnischen Initiator 16, Auslösemittel 15 dieses pyrotechnischen Initiators 16 und ein Zündrelais 18, gebildet aus einer pyrotechnischen Zwischenladung.
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Der pyrotechnische Initiator 16 bekannter Art umfasst beispielsweise ein (nicht dargestelltes) Heizwiderstandelement, das in Kontakt mit einem pyrotechnischen Material angebracht ist, das eine so genannte Initiatorladung bildet.
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Die Auslösemittel 15 können beispielsweise aus einer Stromzuführung bestehen, die einerseits mit einem Steuerkasten 17 und andererseits mit dem (nicht dargestellten) Heizwiderstandelement des Initiators verbunden ist.
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Ein solcher elektro-pyrotechnischer Initiator 16 ist angepasst, um die Verbrennung des Zündrelais 18 einzuleiten, wobei die Verbrennung zu Gasen führt, die dazu dienen, die Verbrennung der pyrotechnischen Hauptladung 14 einzuleiten, wie dies nachfolgend im Detail beschrieben wird.
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Im Bezugnahmebeispiel der 1 und 2 weist die pyrotechnische Hauptladung 14 die Form eines zylindrischen hohlen Blocks aus pyrotechnischem Material auf, die die Umgebungswand der Brennkammer 12 einfasst. Der freie Raum der Brennkammer 12 wird in 2 mit F bezeichnet.
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Gemäß der dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform in 3 hat die pyrotechnische Hauptladung 114 die Form eines zylindrischen, hohlen oder massiven Blocks. Um einen freien Raum F' für die Ausdehnung und Strömung der Gase in der Brennkammer 12 aufrechtzuerhalten, wird die Ladung 114 durch Abstandsmittel 50 in einem Abstand von der Umgebungswand der Kammer 12 gehalten, vorzugsweise an ihrem gesamten Umfang. Im dargestellten Beispiel ist der Block der pyrotechnischen Hauptladung besonders ein lappiger Massivblock, vorzugsweise dreilappig, und die Abstandsmittel sind Zentrierschäfte, die beispielsweise an der vor- und nachgelagerten Wand der Kammer 12 befestigt sind, und mit axialen Nuten zusammenwirken, die im Umfang der Ladung 114 an der Verbindung zwischen den Lappen des Blocks gebildet sind.
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Im Bezugnahmebeispiel der 4 ist die pyrotechnische Ladung 214 ein massiver Block mit Längsrippen 13, die vorzugsweise regelmäßig an seinem Umfang verteilt sind. Jede Rippe 13 liegt an der Umfangswand der Brennkammer 12 an. Zwischen jeder Rippe ist der Umfang des Blocks somit von der Wand der Brennkammer entfernt und bildet einen Raum F'', der die Strömung der Gase bis zur Auslassöffnung der Kammer ermöglicht. Die Rippen 13 werden beim Gussvorgang des Blocks einfach erhalten und ermöglichen es, die Anzahl von Teilen des Gasgenerators zu begrenzen.
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In bestimmten Fällen, in denen die Gaserzeugung über eine lange Zeitdauer und mit einer generell konstanten Leistung erforderlich ist, kann es vorgesehen werden, einen Teil der Oberfläche der pyrotechnischen Hauptladung mit einer verbrennungshemmenden Schutzbeschichtung zu behandeln, was ermöglicht, eine Ausbreitungsrichtung der Verbrennungsvorderseite im Laufe der Zeit zu begünstigen. Dann sagt man, dass die pyrotechnische Ladung auf einem Teil ihrer Oberfläche gegen Verbrennung gehemmt ist.
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6 zeigt schematisch auf der Innenseite der Brennkammer eine pyrotechnische Hauptladung 314 der beschriebenen Art in Verbindung mit 3, die auf einem Teil ihrer Oberfläche mit einem verbrennungshemmenden Klarlack 90 beschichtet ist.
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Im Beispiel ist die Seitenfläche 319 der pyrotechnischen Ladung 314 über ihre gesamte Länge L1, d. h. von der einen bis zur anderen ihrer Kopfseiten am gesamten Umfang mit einer Schutzbeschichtung gegen Verbrennung geschützt. Die eine der Kopfseiten 311a, 311b (hier die 311a, die zum Zünder gerichtet ist) ist frei (d. h. nicht gegen Verbrennung gehemmt), während die gegenüberliegende Kopfseite 311b mit der verbrennungshemmenden Beschichtung beschichtet ist.
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Mit einer solchen Anordnung breitet sich die Verbrennungsvorderseite axial in der Ladung 314 aus, und die Verbrennungsfläche, die im Wesentlichen dem radialen Querschnitt der Ladung entspricht, bleibt während der Verbrennung relativ konstant. Die Leistung der erzeugten Gase in der Brennkammer 12 wird durch den Umstand der geringen Verbrennungsoberfläche gemäßigt, sie bleibt aber somit generell konstant.
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7 zeigt eine Ausführungsform der 6, in der eine Kopfseite 411b der pyrotechnischen Ladung 414 und die Seitenfläche 419b eines ersten axialen Abschnitts der Ladung 414, der sich von der gehemmten Kopffläche 411b erstreckt, über eine begrenzte Länge L2 der Ladung gehemmt sind. Die Seitenfläche 419a ist auf einem zweiten Abschnitt der Ladung, der sich von der anderen, nicht gehemmten Kopffläche 411a erstreckt, nicht gegen Verbrennung gehemmt. Die anfängliche Verbrennungsfläche der Ladung, die der gesamten nicht gehemmten Oberfläche des Zylinders entspricht (eine seiner Kopfflächen und ein Teil seiner Seitenfläche ab dieser Kopffläche) nimmt danach ab und begrenzt sich auf die Frontfläche des Bereichs des gehemmten Zylinders.
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Gemäß einer (nicht dargestellten) Variante kann die pyrotechnische Ladung auch die Form eines zylindrischen Blocks mit mittlerem Kanal mit kreis- oder sternförmigem Querschnitt aufweisen, besonders in Form eines Blocks mit sternförmigem Kanal, der mindestens fünf Verzweigungen aufweist, der über die ganze oder teilweise Länge seiner seitlichen Außenfläche gegen Verbrennung gehemmt ist und wobei die Wand des Kanals frei bleibt, und die anderen vorher beschriebenen Merkmale in Verbindung mit den 6 und 7 anwendbar bleiben.
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In den Ausführungsformen der 3, 6 und 7 und im Bezugnahmebeispiel der 4 sorgt man für einen axialen Abstand der pyrotechnischen Ladung von den axialen Wänden der Brennkammer.
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Mehr oder weniger achtet man generell darauf, dass die Öffnungen der Brennkammer, die in diesen Wänden gebildet sind und zum Strömen der Gase dienen, frei bleiben.
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Das somit beschriebene Funktionsprinzip des pyrotechnischen Gasgenerators 10 bei der Betätigung eines Zylinders 100 des erwähnten Typs wird jetzt unter Bezugnahme auf die 1 und 5 beschrieben.
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In einem Zeitpunkt T = T0 leitet ein Bediener eine Auslösesteuerung ein, wodurch ein Strom auf das Widerstandelement des pyrotechnischen Initiators 16 übertragen wird. Durch die Wirkung des Stroms erhitzt das Widerstandelement durch den Joule-Effekt und leitet die Verbrennung der Initiatorladung ein.
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Die Verbrennung der Initiatorladung leitet schnell die Verbrennung der Zwischenladung des Zündrelais 18 ein.
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Durch das Brennen führt das Zündrelais 18 zur Freisetzung von Gas in der Zündkammer 32, so dass der Druck auf der Innenseite dieser Kammer schnell ansteigt (Phase PH1 in 3).
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Das freie Volumen der Zündkammer 32 (d. h. das Volumen, das von den Gasen eingenommen werden kann) ist sehr gering. Der Druckanstieg auf der Innenseite dieser Kammer 32 (Phase PH1 in 5) und somit der Übertrag des Zündsignals des pyrotechnischen Initiators 16 auf die pyrotechnische Hauptladung 14 sind somit schnell und zuverlässig.
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In einem Zeitpunkt T = TA erreicht der Druck auf der Innenseite der Zündkammer 32 den Bruchgrenzdruck P1 des Absperrorgans 71, so dass dieses von seinem geschlossenen Zustand in seinen offenen Zustand übergeht und die Gase von der Zündkammer 32 in die Brennkammer 12 strömen lässt.
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In diesem Zeitpunkt TA erfährt der Druck in der Zündkammer 32 einen schnellen Abfall und gleichzeitig steigt der Druck in der Brennkammer 12 bis zum Druckgleichgewicht in den beiden Kammern an (Zeitpunkt TB auf der Kurve der 5).
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Zur gleichen Zeit leiten die Gase aus der Zwischenladung 18 die Verbrennung der pyrotechnischen Hauptladung 14 ein, die wiederum eine bedeutende Gasmenge in der Brennkammer 12 freisetzt.
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Während der Ausführung der Verbrennung steigt der Druck auf der Innenseite der Brennkammer 12 und der Zündkammer 32 an (Phase PH2 in 5).
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Da die Brennkammer 12 ein geringes Volumen aufweist, das beispielsweise zwischen 1 und 20 Kubikzentimeter beträgt, ist ihr Druckaufbau schnell und die Verbrennung der pyrotechnischen Hauptladung 14 stabil.
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Wenn der Druck den Bruchgrenzdruck P2 des Absperrorgans 72 erreicht, geht dieses in seinen offenen Zustand über und lässt die Gase von der Brennkammer 12 in die Verzögerungskammer 22 strömen. In diesem Zeitpunkt T = TC fällt der Druck in der Brennkammer 12 und in der Zündkammer 32 sehr schnell ab, und gleichzeitig steigt er in der Verzögerungskammer 22 sehr schnell an.
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In einem Zeitpunkt T = TD sind die Druckwerte in den drei Kammern 12, 22, 32 generell ausgeglichen. Da die pyrotechnische Hauptladung 14 währenddessen weiter Gase ausgibt, steigt der Druck auf der Innenseite des Gasgenerators 10 weiter progressiv an.
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Gemäß einer bevorzugten Anordnung ist das freie Volumen der Verzögerungskammer 22 größer als das vierfache, vorzugsweise größer als das zwanzigfache der Brennkammer 12. Die Dauer des Druckaufbaus der Verzögerungskammer 22 ist somit in Bezug auf die der Brennkammer 12 höher (Phase PH3 ist länger als PH2 in 5).
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In einem Zeitpunkt TE erreicht der Druck auf der Innenseite des Gasgenerators den Bruchgrenzdruck P3 des Absperrorgans 73, sodass dieses in seinen offenen Zustand übergeht und die Gase aus der Verzögerungskammer 22 strömen lässt. In diesem Zeitpunkt T = TE werden die Gase zur Betätigung des Zylinders 100 auf den Kolben 104 übertragen.
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Im Beispiel ist die Auslassöffnung 63 der Verzögerungskammer 22 direkt in Bezug auf die Hinterseite des Kolbens 104 ausgerichtet.
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Wie aus 1 hervorgeht, begrenzen der Kolben 104 und die nachgelagerte Wand 44 der Verzögerungskammer 22 mit dem Zylindergehäuse 102 eine Betätigungskammer 80 des Zylinders, die die Gase aus der Kammer 22 erhält, sobald das Verschlussorgan 73 den offenen Zustand hat. Die enthaltenen Gase in der Betätigungskammer 80 üben auf den Kolben eine proportionale Kraft zum herrschenden Druck in dieser Kammer 80 aus. Bei einem vordefinierten Druck wird der Kolben schließlich nach vorne verlagert und betätigt den Zylinder 100.
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Es ist zu verstehen, dass die Phase PH3 des Druckanstiegs der Verzögerungskammer 22 ab der Öffnung der Einlassöffnung 62 bis zum Erreichen eines ausreichenden Drucks und die Öffnung der Auslassöffnung 63 der Kammer, ermöglicht, den Gasauslass aus dem Generator 10 und somit die Betätigung des Zylinders 100 in Bezug auf bekannte pyrotechnische Gasgeneratoren des vorherigen Stands der Technik zu verzögern.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass der Gasgenerator nach der Erfindung, der zur Erlangung der dargestellten Kurve in 5 verwendet wird, die folgenden nichtbeschränkenden Merkmale aufweist: ein freies Volumen der Zündkammer von 2 Kubikzentimetern, ein freies Volumen der Brennkammer von 12 Kubikzentimetern, ein freies Volumen der Verzögerungskammer von 48 Kubikzentimetern, eine pyrotechnische Ladung mit einem Gewicht von 33 Gramm, einen Bruchgrenzdruck des Verschlussorgans 71, das die Einlassöffnung 61 der Brennkammer 12 verschließt, von 150 bar, einen Bruchgrenzdruck des Verschlussorgans 72, das die Einlassöffnung 62 der Verzögerungskammer 22 verschließt, von 90 bar, und einen Bruchgrenzdruck des Verschlussorgans 73, das die Auslassöffnung 63 der Verzögerungskammer 22 verschließt, von 80 bar.
