DE2362513A1 - Vorrichtung und verfahren zur erzeugung und zum ausblasen von gas - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE _{Λ P}_iu.,_n-.'.^**«Aiigsburg-G-igginseii. den l4.12.1973 DR. ING. E. LIEBAÜ ₈₉ Aursburg ?2

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Ihr Zeichen

AEROJET-GENERAL CORPORATION

9100 East Flair Drive,

El Monte, California 917 34 / USA

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung und zum Ausblasen von Gas.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, und ein Verfahren zur Erzeugung von Gas und dessen Ausblasen aus der Gaserzeugungsquelle.

Es gibt Umstände, unter welchen es wünschenswert ist, Gas zu erzeugen, und dieses einem Bereich oder einem eingeschlossenenRaum zuzuführen, beispielsweise zum Aufblasen von solchen Vorrichtungen, wie aufblasbaren Flös-■ sen oder anderen Behältern. Weitere Verwendungsmöglichkeiten bestehen für Raumfahrzeuge, und Unterseebooten, Grubenbetriebe und andere eingeschlossene Räume, wo

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menschliches oder tierisches Leben erhalten werden soll. Da die letzterwähnten Bereiche oft menschliches oder tierisches Leben enthalten, ist im allgemeinen eine Ausrüstung erforderlich, mit der nicht toxische Arten von Gasen erzeugt und ausgeblasen werden können. Ein wichtiger Verwendungszweck der Vorrichtung für nicht toxische Gase besteht für das Füllen von Gassäcken, wie sie zur Verwendung in Fahrzeugen zum Rückhalten der Fahrgäste vorgeschlagen werden. Das Gas zum Aufblasen solcher Sicherheitssäcke muß sehr rasch und innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums zugeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Vorrichtung und eines Verfahrens für die sofortige Zufuhr eines Gases zu einer Zone.

Ferner gehört zur Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung für die Zufuhr eines nicht toxischen Gases ohne übermässig hohe Temperaturen anzugeben.

Weiter gehört es zur Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, durch welche der Beginn und das Ende der Gaszufuhr innerhalb eines kurzen Zeitraums bewirkt werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt vorzugsweise zwei Hohlkörper, von denen der eine innerhalb des anderen angeordnet ist und deren Wände einen Zwischenraum zwischen sich bilden, innerhalb welchem ein gaserzeugendes Material angeordnet ist. Die Hohlkörper haben vorzugsweise die Form konzentrischer Zylinder, so daß der zwischen ihnen eingeschlossene Raum, der das gaserzeugende Material enthält, ringförmig ist. Innerhalb des inneren Hohlkörpers ist eine Zündladung angeordnet, wobei die Wand des inneren Hohlkör-

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pers mit Öffnungen versehen ist, so daß die Zündung der Zündladung durch geeignete Mittel zur Folge hat, daß Verbrennungswärme an das Material in dem zwischen den beiden Hohlkörpern gebildeten Raum übertragen wird, welches Material unter Gasbildung zersetzt wird. Die Wand des ausseren Hohlkörpers^ ist. in .gleicher. Weise „mit.„ö ff nun^en versehen, so daß das erzeugte Gas .durch diese äusseren " Öffnungen in die Umgebung ausgeblasen wird, innerhalb welcher sich die Vorrichtung befindet.

Gemäß einem wahlweisen Merkmal der Erfindung kann der Gaserzeuger mit einem Gefäß verbunden werden, welches ein unter Druck stehendes Gas enthält, so daß, wenn äer Gaserzeuger betätigt wird, dessen Gas in das Gefäß eingebla-" sen wird, um das bereits im Gefäß enthaltene Gas zu vermehren.,, welches Gefäß zur Belieferung eines Behälters verwendet werden kann.

Gemäß einem weiteren wahlweisen Merkmal ist das unter Drück stehende Gefäß mit einem Ventil an seinem Auslaß versehen, das mit einem Behälter zur Aufnahme des Gases verbunden werben, .kann». In einer solchen Situation ist es oft wünschenswert, die Ladung -des Gaserzeugers gleichzeitig mit dem Öffnen des Ventils des Druckgefäßes zu zünden, so daß der .Behälter ein vorher unter Druck gesetztes Gas aus dem Gefäß aufnimmt, welcher Druck durch das erzeugte Gas aus jäem Gaserzeuger verstärkt wird.

Gemäß einem.weiteren wahlweisen Merkmal der Erfindung kann der Gaserzeuger so angebracht werden, daß das von ihm er-.zeugte Gas unmittelbar in einen Behälter ohne die Verwendung eines vorher unter Druck gesetzten Gases eingeblasen wird.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

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Fig. 1 eine Ansicht im Längsschnitt eines Teils des

erfindungsgemäßen Gaserzeugers; ·

Fig. 2 eine Ansicht.im Schnitt nach der Linie 2-2 in

Fig. 1; _: :....■■■

Fig. 3 eine Ansicht im Längsschnitt einer ersten Ausführungsform des Gaserzeugers bei Verwendung eines Druckgasgefäßes;

Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht, welche einen; Behälter zeigt, der am Auslaß des Gefäßes nach Fig. 3 angebracht ist, sowie Mittel zum Zünden, des Gaserzeugers gleichzeitig mit dem öffnen, des Auslasses gemäß der Erfindung; ■

Fig. 5 eine Längsansicht eines Gaserzeugers nach Fig. und 2 mit einem aufzublasenden Behälter zusammengebaut;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Druckänderung innerhalb des Druckgefäßes nach Fig. 3 und 4 während einer Zeitperiode nach dem öffnen des Auslasses aus dem Gefäß, und

Fig, 7a und 7b graphische Darstellungen der Druckänderungen innerhalb des Gefäßes nach Fig. 3 und 4, wenn nach dem Öffnen des Auslasses der Druck innerhalb des Gefäßes durch mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugtes Gas verstärkt wird.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Gaserzeuger 9 besitzt vor-

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zugsweise ein zylindrisches Aussenrohr 10 sowie ein zylindrisches Innenrohr 11, das konzentrisch innerhalb des Aussenrohres 10 angeordnet ist, so daß ein Ringraum 31 zwischen den Innenwänden des Innen- und des Aussenrohres 10 bzw. 11 erhalten wird.

Das eine Ende, welches hier als das hintere Ende bezeichnet wird, des Aussenrohres 10 ist mit einem Gewinde 12 versehen, welches in eine Kopfbuchse 13 eingeschraubt ist, die mit einem Flansch 14 versehen ist, der eine flache Rückseite 14a aufweist, sowie eine mittige Gewindebohrung-15, in welche ein Zünder 16 eingeschraubt ist, der durch einen hohlen Bolzen 16a mit einem Kopf in Form einer Mutter 17 gebildet wird, so daß, wenn der Bolzenl6a voll in die Öffnung 15 eingeschraubt ist, die Vorderseite 17a des Kopfes 17 gegen die Rückseite 14a des Flansches 14 anliegt. In einem Ringraum 19, der zwischen der Buchse· 13 und dem Bolzen 16a ausgebildet ist, befindet sich ein 0-Ring 18, der als Dichtung dient. Das Innere des Bolzens 16a ist mit einer mittigen Bohrung 20 versehen, die eine Zündmasse 21, beispielsweise aus Sprengpulver, enthält und an ihrem vorderen Ende durch eine geeignete zerreißbare Membran bedeckt ist, die reißt, wenn das Pulver 21 entzündet wird. Innerhalb der Bohrung ist ein 'Brückendraht 23 angeordnet, dessen Enden mit elektrischen Leitern verbunden sind, die sich zu den Leitungen 24 und 25 erstrecken.

Das hintere Ende des zylindrischen Innenrohres 11 liegt " gegen das vordere Ende des Bolzens 16a innerhalb der Kopfbuchse 13 an, für welchen Zweck das Ende des Bolzens 16a so abgeschrägt ist, daß es einer ähnlichen Abschrägung am Ende des Rohres 11 entspricht. Dieses hintere Ende des Rohres 11 ist vorzugsweise durch eine geeignete Dichtungs-

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masse 11a an ihrer Anlage an dem Bolzen 16a haftend verbunden bzw, abgedichtet, um es während des Zusammenbaus in dieser Stellung zu halten. Das Rohr 11 ist vorzugsweise mit einer gewissen Menge eines geeigneten Sprengladungsmaterials 26 versehen, beispielsweise als massives Stück, das abbrennt, wenn das Schwarzpulver 21 entzündet wird. Da dieses Material 26 nicht immer in einer Menge vorhanden sein muß, die ausreicht, das Innenrohr zu füllen, wird ein geeigneter Stopfen 27 in das vordere Ende des Innenrohres 11 und gegen das Material 26 eingepreßt, wodurch das Material benachbart dem Zünder 16 gehalten wird. Natürlich kann das Ladungsmaterial 26 in Pelletform und nicht als einziges Stück vorgesehen und es können ein oder mehrere längliche feste Stücke solchen Ladungsmaterials verwendet werden.

Das Aussenrohr 10 ist an seinem vorderen Ende mit einem Gewinde 10a versehen, das für den Eingriff mit einem passenden Gewinde 28 einer Kappe 29 bestimmt ist, welche das vordere Ende der Rohre 10 und 11 bedeckt. Die Rückseite 29a der Kappe 29 ist an der Mitte mit einem sich nach rückwärts erstreckenden Vorsprung 30 versehen, der vorzugsweise mit einer Verjüngung ausgebildet ist, wie gezeigt, so daß der Vorsprung in das vordere Ende des Innerirohres eingesetzt werden kann. In den durch die Rohre 10 und 11 gebildeten Ringraum 31 sind feste Pellets 32 von einer Art angeordnet, die ein Gas vorzugsweise von der gleichen chemischen Zusammensetzung, wie es bei der Zündung des Materials 26 erhalten wird, bilden, wenn sich die Pellets infolge der Zündung zersetzen. Diese Pellets 32 können rechteckig, prismatisch, scheibenförmig oder zylindrisch sein oder irgendeine andere gewünschte Gestalt haben, damit die Größe des Oberflächeninhalts der Pellets die gewünschte Gaserzeugungsgeschwindigkeit, die von diesem

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abhängt, ergibt. Die Pellets werden vorzugsweise so eingefüllt, daß Leerräume zwischen ihnen vorhanden sind". '"" Wenn sie beispielsweise eine rechteckige Form haben ,'"können sie in der in Fig. 2 gezeigten Weise angeordnet werden, d.h., es wird jedes nachfolgende Pellet 32, das dem Stapel zugesetzt wird, in einer Stellung angeordnet, die von der des nächst vorangehenden Pellets 32 etwas winkelig verlagert ist. Auf diese Weise werden Zwischenräume oder Hohlräume zwischen den Pellets 32 erhalten, die ihre sehr rasche Zündung durch das Ladungsmaterial 2 6 innerhalb des Innenrohres 11 erleichtern und ferner den Austritt des erzeugten Gases erleichtern. ' " '

Um .diese Zündung aus dem Innenrohr 11 zu'erzielen, ist das Letztere mit einer Anzahl Öffnungen 33 über seine Länge sowie winkelig um seinen Umfang versehen, so daß Wärme und Gas aus der Verbrennung des Materials 26 rasch viele .Teile der Gesamtladung an Pellets 32 erreichen. Die Öffnungen 33 sollen kleiner sein als die Pellets 32.

Für das Aufblasen des durch die Verbrennung der Haüptladung von Pellets 32 aus der Vorrichtung 9 ist das Aussenrohr 10. ebenfalls mit einer Anzahl öffnungen 34 über seine" Länge sowie winkelig um seinen Umfang herum versehen, so daß das Gas sofort und rasch aus den Öffnungen 3H ausgeblasen wird. 'Wahlweise kann die Endkappe 29 mit Perforationen versehen sein, um den Gasaustritt zu~fördern.

Wie erwähnt, soll die Größe der Öffnungen 33, 34 der Rohre 10, 11 so ausreichend klein sein, daß die'Pellets 32 und das Material 26 (oder Pellets, wenn anstelle des Materials solche verwendet sind) in diesen gehalten wird, jedoch in ihrer Zahl ausreichend und genügend verteilt, um eine schnelle Wärme- oder Gasströmung zu ermöglichen.

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Da die zusammengebaute Vorrichtung 9 dadurch zusammengehalten wird, daß die Endbuchse 13 und die Kappe 29 gegen die entgegengesetzten Enden des Rohres 10 mittelsder Gewinde 12 und 28 festgezogen werden, ist ein Ring aus einem federnden Material 8, beispielsweise aus Baum- : wollwatte, an der Innenfläche der Endkappe 29 angebracht, so daß das vordere Ende des Innenrohres 11 sowie die vorderen Pellets 32 gegen das verhältnismässig weiche bzw. elastische Polstermaterial 8 drücken, wodurch den Maßtoleranzen der Teile Rechnung getragen wid.

Das Einleiten der Gaserzeugung geschieht dadurch, daß eine Spannungsquelle (nicht gezeigt) an die Leitungen 2M und 25 angeschlossen wird, um Strom durch den Brückendraht 23 zu leiten, so daß das Pulver 21 in der Sprengkapsel 16 entzündet wird, die ihrerseits das Sprengledungsmaterial 2 6 innerhalb des Innenrohres 11 zündet, wodurch die Hauptladung der Pellets 32 einem VerbrennungsVorgang unterzogen wird und das gewünschte Gas entsteht. Wie erwähnt, könnte die Sprengkapsel 16, wenn gewünscht, allein zum Zünden der Pelletsladung 32 verwendet werden.

Die Wahl der Bestandteile für die Ladung von Pellets 32 hängt von den gewünschten Eigenschaften des zu erzeugenden Gases ab. Wenn ein nichttoxisches Gas gewünscht wird, dürfen keine chemischen Reaktionspartner verwendet werden^ die zur Bildung toxischer Reaktionsprodukte oder Neben- ■■ produkte gasförmiger, fester oder flüssiger Art führen. Wenn gewünscht wird, daß das erzeugte Gas Sauerstoff liefert, muß natürlich eine Reaktion gewählt werden, bei der Sauerstoff erhalten wird. Wenn ein nichttoxisches Gas erzeugt werden soll, das in einen umschlossenen Raum mit großer Schnelligkeit eingeblasen werden kann, kann eine

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Zusammensetzung von einer Art gewählt werden, wie sie in der US-Patentanmeldung Ser. Nr. 170 325 vom 9. Aug. 1971

offenbart ist. ■ . ■

In der vorgenannten Patentanmeldung ist eine Anzahl von Gemischen fester anorganischer Oxydationsmittel und fester anorganischer Reduktionsmittel beschrieben, die in eine exotherme chemische Reaktion treten können, bei der Gase entstehen. Das Oxydationsmittel und das Reduktionsmittel werden auf eine geringe Teilchengrösse pulverisiert, miteinander vermischt und in einer Preßform zu eiiie*?; harten, geformten Ladung bzw. zu einem Pellet von sehr .hoher Dichte gepreßt. Wenn einmal die chemische Reaktion dieser gepreßten Ladung eingeleitet worden ist, gewährleistet die exotherme Reaktion die Fortsetzung und die Vollständigkeit der chemischen Reaktion zur Erzeugung der Gase, Ein Beispiel eines Gemisches, das in der angegebenen Weise pelletisiert werden kann und für die Pellets 32 brauchbar ist, ist ein stöchiometrisches Gemisch von Natriumazid und Ammoniumperchlorat, welches Gemisch bei seiner chemischen Reaktion die nichttoxischen Gase Stickstoff, Wasserdampf und Sauerstoff ergeben. Beliebige einer Anzahl weiterer Gaserzeugungsgemische können, wenn gewünscht, zur Verwendung als Material für die Pellets 32 gewählt werden, beispielsweise die in der vorgenannten US-Patentanmeldung angegebenen Gemische. Es wird in diesem Zusammenhang insbesondere auf die Reaktionspartner verwiesen, die bei den Reaktionen 1-21 auf Seite 7 der vorgenannten Anmeldung verwendet werden.

Das Zündladungsmaterial 26 im Innenrohr 11 kann ebenfalls von der gleichen Zusammensatzung wie die Pellets 32 der Hauptladung sein. Es ist jedoch nicht wesentlich, daß das

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Zündmaterial 26 von der gleichen Zusammensetzung wie die äusseren Pellets 32 ist. Es können auch andere Zusammensetzungen für das Material 26 verwendet werden, die eine ausreichende Wärme zum Einleiten der chemischen Reaktion der Pellets 32 liefern, beispielsweise Alclo, das ein Warenzeichen der Firma Aerojet-General Corporärion von El Monte, California, ist und bei dem es sich um ein Gemisch aus Aluminium- und Caliumperchlorat handelt.

Fig. 3 zeigt einen Gaserzeuger 9, der durch sein Aussenge-' winde 35 in die Rückwand 3 6 eines Druckgasgefäßes 37 eingeschraubt ist. Das Gefäß 37 besitzt einen Zylinder 38, mit dem bei 39 ein Bund 40 verschraubt ist, welch letzterer einen überstehenden Flanschteil 41 aufweist, der den äusseren Umfangsteil der Rückwand 36 hält, die eine kreisförmige Scheibe zwischen dem Flanschteil 41 und dem benachbarten anstossenden Ende 38a des Zylinders 38 sein kann, welches anstossende Ende 38a mit einer Ringnut 42 versehen ist, die einen O-Ring 43 zur Abdichtung enthält. Die vordere Endwand 44, die ebenfalls eine kreisförmige Scheibe sein kann, wird in ähnlicher Weise durch den Flanschteil 45 eines Bundes 4 6 gehalten, der bei 4 7 mit dem Gewinde 38b am vorderen Ende des Zylinders 38 verschraubt ist. t;in ähnlicher O-Ring 48 ist in einer Ringnut 49 im anstossenden Ende 38c des Zylinders 38 zur Abdichtung angeordnet. In der Mitte der Endwand 44 ist eine Gewindebohrung 50 vorgesehen, in die eine Leitung 51 eingeschraubt ist, welche mit einem Ventil 5 2 verbunden ist. Mit den Ventil 52 ist ferner eine Austrittsleitung 5 verbunden.

Für die beabsichtigte Arbeitsweise wird das Gefäß 37 mit einem unter Druck stehenden „Gas, beispielsweise Stickstoff, gefüllt, dessen Druck in dem Gefäß aufrechterhalten

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wird, da das Gas nicht durch die O-Ringe M-3 und 48 des Gasgenerators 9 am hinteren Ende oder durch das geschlossene Ventil 52 austreten kann. Ein geeigneter Druck kann etwa 162 - 25 3 kp/cm² (etwa 2300 bis 3600 p.s.i.) je ' nach dem gewünschten Enddruck in dem aufzublasenden Behälter, der in dem aufzublasenden Behälter zulässigen Höchsttemperatur und je nach dem für den Einbau der er-* findungsgemäßen Vorrichtung zur Verfügung stehenden Raum betragen. Es kann daher, wenn mehr Raum zur Verfügung steht, ein niedrigerer Druck bei einer konstanten Gasmenge verwendet werden.

Das Ventil 5 2 ist vorzugsweise von einer Art, welches den Kanal 52a, der durch beide Leitungen 51 und 5 3 führt, mit großer Schnelligkeit freigibt. Das Ventil weist eine Membran -54 auf, die schematisch dargestellt ist und das Gas innerhalb des Gefäßes 37 wirksam abdichtet und verhindert, daß es zur Austritts leitung 5 3 gelangt. Im Ventil 52 ist ferner ein Zünder 55 angeordnet, der durch eine Ladung eines geeigneten Explosivstoffes, beispielsweise Schwarzpulver, gebildet wird, das durch'einen .Brückendraht 5 6 entzündet werden kann, wenn eine Spannung an die mit diesem verbundenen elektrischen Leitungen 57 und 58 gelegt wird.

Von den Leitungen 57 und 58 erstrecken sich elektrische Leitungen 59 und 60 zu den Leitungen 25 und 24, welche mit dem Zünder 16 des Gasgenerators 9 verbunden sind. Wenn durch diese Leitungen elektrischer Strom zu den jeweiligen Brückendrähten der Zünder 16, 55 von einer Batterie oder einer anderen Stromquelle zum Fliessen gebracht wird, wird das Ventil 5 2 durch die Ladung aufgesprengt und gleichzeitig wird die Ladung im Gaserzeuger 9 gezündet, so daß Gas aus den öffnungen des "Gaserzeugers 9 austritt und in

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dafe Gefäß 37 geleitet wird, wodurch wegen des Gases im Gefäß 37 der Druck erhöht wird. Dieser verstärkte^ Druck wird über die Austrittsleitung 5 3 dem gewünschten Bereich zugeführt. Diese Arbeitsweise kann zu einem beliebigen gewünschten Zeitpunkt dadurch eingeleitet werden, daß der Stromkreis über die Batterie 61 in .

beliebiger geeigneter Weise geschlossen wird. Dies kann, . wie schematisch in Fig. 3 dargestellt, geschehen. Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung 62 mit einem Plunger 6 3, der Paßsitz in der Buchse 6¹I hat, so daß, wenn auf das obere Ende des Plungers 6 3 ein Schlag ausgeübt wird, .,-. der Plunger 63 mit einem Kontakt 65 in Berührung kommt, ^ der in der Leitung 60 vorgesehen ist. Die Buchse 64 ist , = elektrisch leitend und befindet sich in Kontakt mit der -_: Leitung 59 von der Batterie 61 her. Der leitende Plunger 63 schließt daher bei seiner Beaufschlagung den Stromkreis, um die Zünder 16, 55 zu betätigen. . .--..;■ : ..-

Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Anordnung, die sich von. . der von Fig. 3 insofern unterscheidet, als die Verdrahtung, statt voll ausserhalb des Gefäßes 37 zu sein, wie. in, Fig. 3, sich zumindest teilweise innerhalb des. > Gefäßes 37 befindet. Das in Fig. 4 dargestellte- Druckgefäß 37a ist dem in Fig. 3 gezeigten ähnlich, jedoch ist die Anordnung des Gaserzeugers 9a von der des Erzeugers 9 in Fig. 3 etwas verschieden. Der Gaserzeuger 9a kann gleichartig wie der Erzeuger 9 ausgebildet werden mit der Ausnahme, daß er in umgekehrter Stellung in das. Druckgefäß 37a eingebaut wird. Diese umgekehrte Stellung erfordert eine Abänderung der Anordnung der.den Zünder 16 enthaltenden Kopfbuchse 13 nach Fig. 1 und 3. In Fig.4 wird der Erzeuger 9a durch eine Buchse 13a beliefert, in welche der gleiche Zünder-wie in Fig. 1 gezeigt, ein- .: ■ gebaut ist. und welche mit einer Mutter 17. endet, so daß

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die elektrischen Zuleitungen 24 und 25 aus dem Zünder 16 sich im Inneren des Druckgefäßes befinden. Da der ■ Gaserzeuger« 9a gegenüber der Anordnunghach Fig* 1 und 3 in umgekehrter Stellung-eingebaut ist, ist er an dem Endglied bzw. an der Rückwand 36a in Fig*4 an dem- Ende befestigt j welches in Fig. 1 und· 3 das vordere Ende war, jedoch wird die in Fig. 1 gezeigte Anordnung der Kappe^: 29 in Fig. U nicht verwendet. Stattdessen ist die Kappe 29a in- Fig. 4 mit einem'Aussengewinde zur Aufnahme eines * entsprechenden Gewindes der Rückwand 36a versehen. Ferner steht das Ende des Zylinders, weiches das Gewinde 28 trägt, wie ;;bei der Ausführungsform nach Fig. 1, nach rückwärts aus dem Ends'tück 36a über, so daß eine Mutter 7 2 aufgeschraubt werden kann. ■ · " ·~■'-

Die elektrische Verdrahtung in Fig» 4 ist der in Fig. 3 gezeigten mit der Ausnahme ähnlich, daß die Drähte 5 9a und 60a aus dem Zünder 16 durch das Druckgefäß 37a hindurch über seine Auslaßleitung SIa zum Ventil 5 2 geführt sind, das dem Ventil in Fig. 3 mit der gleichen Bezügsziffer ähnlich und über den Auslaß 53'mit einem Behälter

70 gekuppelt ist. Die.Zuleitungen 57a und 58a von der Batterie 61 und die Schaltvorrichtung 62, 6 3 sind seitlich des Druckgefäßes 37a angebracht und zu einer Buchse

71 geführt, so daß die Zuleitungen 57a und 58a mit den Zuleitungen 5 9a, 6öä innerhalb des Druckgefäßes 37a verbunden sind.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung des Gaserzeugers 9 von Fig. 3, bei welcher dieser so eingebaut ist, daß er sich innerhalb eines Behälters 7Oa erstreckt, der dem Behälter 70 von Fig..4 ähnlich sein kann. In Fig. 5 ist keine Einrichtung vorgesehen, um den Behälter vorher unter Druck' zu setzen und der einzige Druck, der dem Behälter 7Oa

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zugeführt wird, ist der aus dem Gaserzeuger 9, wenn dieser in der vorangehend beschriebenen Weise durch seine elektrische Einrichtung gestartet wird.

Wenn die Druckgefäße 37 und 37a von Fig. 3 oder M nicht . mit den druckerhöhenden Gaserzeugern 9 bzw. 9a versehen wäre, oder wenn die Gaserzeuger 9 und 9a nicht zur Gaserzeugung betrieben werden würden, würde die Druckänderung , innerhalb des Gefäßes 37 bzw. 37a beim-Öffnen des Ventils 52 die Form einer Kurve haben, wie sie in Fig. 6 gezeigt... ist, in welcher der Druck in kp/cm über der Zeit in _: Millisekunden vom öffnen des Austrittsyentxls 5 2 aus dem. Druckgefäß (37 oder 37a) an aufgetragen ist. Diese graphische Darstellung ist repräsentativ für ein typisches Druckgefäß, das ein Gas, wie Stickstoff, unter einem Druck von etwa 253 kp/cm (etwa 3600 p.s.i.) steht, bevor sein Austrittsventil 5 2 geöffnet wird* Beim Öffnen des Austrittsventils 52, wie erwähnt» fällt der Druck in den ersten wenigen Millisekunden rasch ab, worauf der Druck weniger rasch abnimmt, bis das Gefäß 37 bzw* 37a auf den atmosphärischen Druck nach einem Zeitraum kommt,, der von der Größe der VentüÖffnung abhängt»

In manchen Anwendungsfallen ist es wünschenswert, daß der Druck eines soUien Gefäßes nicht mit einer solchen Schnelligkeit abfällt, in welchem Falle der Gaserzeuger 9 bzw* 9a so betätigt werden kann, daß er das d^uckverstärkende Gas gleichzeitig mit dem Öffnen des Ventils 5 2 des Druckgefäßes 37 oder 37a, wie vorangehend besehrieben, liefert. Fig. 7a zeigt einen solchen Fall, bei welchem beim Öffnen des. Ventils 5 2 des Druckgefäßes 37 bzw. 37a und gleichzeitigem Zünden des Gaserzeugers 9 bzw. 9a der

anfängliche Druck zum Zeitpunkt Null von etwa 25 3kp/cm (etwa 3600 p.s.i*) beginnt und in den ersten wenigen

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Millisekunden ^:räsch abfällt. Bei diesem besonderen Beispiel wird' es als' wünschenswert angenommen, den Druck ,^r auf einem Wert zu halten, der höher als der'in Fig. 6' ■ für entsprechende. Zeitpunkt dargestellte ist. Der Druck erreicht' "dann eine Spitze nach etwa 1Ö Millisekunden¹ von '■· etwa"^:i2^;39 "kp/cm (etwa 3400 p.svi/), worauf' wieder ein " Druckabfall eintritt. Es können 'mehrere Spitzendrücke er- ^; halten"Werden, wie in Fig. 7b gezeigt^ wenn mehrere ge- · soiidert" gezündete Gaserzeugungsvorrichtungen verwendet ■ werden." die mit einer bestimmten· zeitlichen Verzögerung zwischen^!den Zündungen gezündet'werden» Wie ersichtlich, ■ erreicht das Gefäß 37 Bzw. 37a den' atmosphärischen Druck · zu einem späteren Zeitpunkt als wenn»der bzw. die Gaserzeuger nicht verwendet wird bzw=, werden. Hierbei ist "■"-■ ^: zu erwähnen, daß Fig. "7a und * 7b nur besondere "Fälle dar- '■'■,. stellen und in anderen'Fällen kann-es wünschenswert seinv' mit einer anderen Kurvenform zu >arbeiten. Wenn beispiels#-^!·■-weise der Drück Von seinem Anfangswert'auf^irgendeinen' gewünschten Wert (der nicht uribedih-gt 139'kp/cm '. (-2UOG-. · p.s^;.i.) zu sein^ braucht) abgefallen-^:ist^ kann_; di-er Ge;- _;·:..·. · schwindig-ke'xt der Druckverähde-rung in'-äer gewünschten; Weise so gesteuert werden, daß sie zuninmt,"j:'k'©nstant bleibt- oder.; abnimmt, indem der Druck aus dem Gaserzeuger erhöht wird. Nachdem 'die' chemische Reaktion des' G^!aser3z6uge'rs · 9";bzw>^! 9a im wesentlichen äbgeschlossen^;: ist,'"tritt wi'ederein' .; >< Druckabfall'eon, ^:so daß· das TDruckgefäß- 37'bzw. •■37ä-.den^ ^; '- ■'■■_ atmosphärischen Druck zu einem Zeit-punkt erreichtv" der ..■"■"■■,"■' durch" den bestehenden Druck- die Temperatür· un dl rdia.-'Gasf-·*:.-zus amfflensetzün'g' be s timftit wird. · Das. Ent stehen" e ines Be> : reiches, wie -bei A in; der Kurve Von« Fig. 7a gezeigt, > < ist erzielbar, wenn' die Häuptladung des Gaserzeugers· 9 ■■ bzw/'9ä aus dem vorerwähnten Gemisch von Natriumaziid unct.;k· Ammoniumper^chlOrat hergestellt ist. Die ."Neigung -der· :Kurve ·,

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kann durch die Wahl anderer Gaserzeugungskomponenten sowie durch Ändern anderer der vorerwähnten Parameter geändert werden..

Eine Kurve der in Fig. 7a dargestellten Art kann so wie sie gezeigt ist, oder von der angegeben worden ist,-daß sie verändert werden kann, in manchen Fällen besonders vorteilhaft sein, beispielsweise wenn die Behälter 70 und 70a in Fig. 4 und 5 biegsam und poröse Säcke von einer Art sind, wie sie als Sicherheitsvorrichtung in Fahrzeugen vorgeschlagen wurde. Solche Säcke aind im allgemeinen porös,, so daß sie nach dem. Aufblasen^ rasch. . zusammenfallen, da das, unter Druck stehende Gas entweicht.. Ein geeigneter Sack ist in der US-Patentschrift .3 .5 32 beschrieben. Bei dieser Verwendung eines Sackes wurde festgestellt, daß die Aufb las sehne Hi gke it des Sackes im Falle des. Druckverlaufs von Fig. 7a wesentlich größer, als die im Falle eines Verlaufs nach Fig. 6 ist, welches raschere Füllen durch die längere Zeit bedingt ist, während welcher ein beträchtlicher Druck im Bereich A aufrechterhalten wird..Obwohl es sich nur um eine Angelegenheit von Millisekunden handelt, ist es wichtig, daß der Sack zwischen einem Fahrzeugfahrgas und starren Teilen des Fahrzeugs bei einem Fahrzeugaufprall dazwischentritt. Nachdem der Sack auf diese Weise aufgeblasen worden ist, bewirkt seine Porösität während eines längeren Zeitraums den Zusammenfall, was ebenfalls wünschenswert ,ist, da durch das Vorhandensein stark aufgeblasener Säcke die Bewegung der Fahrzeuginsassen nach einer gewissen Zeit nach dem Aufprall nicht behindert werden soll. Die Anordnung kann natürlich so getroffen werden, daß die Aufprallkraft dazu vawendet wird, die Schaltvorrichtung 62 von Fig. 3. zu betätigen, um die Wirkung einzuleiten, so daß die Wirkung.

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zum richtigen" Zeitpunkt stattfindet.' " ' "-' . . ·. -

Es wird angenommen, daß einige für die Pellets "in den ' Vorrichtungen 9 und 9a verwendbaren reaktionsfähigen Gemische rascher und schneller beim Zünden der Vorrichtungen 9 und 9a in Reaktion' treten, wenn sie sich in einer Umgebung unter einem höheren Druck als der atmosphärische Druck befinden. Daher' kann es sich, wenn ' solche Stoffe' verwendet werden, in der Praxis als wünschenswert erweisen, die Vorrichtungen 9 und 9ä in einem Druckgefäß (37 oder 37a) zu verwenden, wie in Fig. 3 und H gezeigt. In anderen Fällen kann es am zweckmässigsten sein, die Vorrichtungen 9 und 9a mit dem atmosphärischen Drück oder oberhalb' desselben zu verwenden, wie beispielsweise in Fig. 5 gezeigt. '" .

Obwohl die elektrisiien Systeme nach Fig. 3 und M- so vorgesehen sind, daß sie das Ventil 5 2 gleichzeitig mit dem ' Zünden des Zünders des Gaserzeugers 9 bzw. 9a öffnen, ist zu erwähnen, daß diese besondere Anordnung nicht immer vorgesehen zu werden braucht. Beispielsweise kann der Erzeuger 9 bzw. 9ä unabhängig von dem Ventil 5 2 gezündet werden oder umgekehrt, es kann das Ventil 5 2 ohne Zündung des Erzeugers 9. bzw. 9a geöffnet werden. Dies erfordert lediglich die Verwendung von zwei gesonderten elektrischen Stromkreisen, von denen der eine dazu dient, den Zünder 1'6, wenn/gewünscht, zu zünden, während der andere zum öffnen des Ventils 52 zum gewünschten Zeitpunkt dient. Eine weitere mögliche Anordnung, die unter gewissen Umständen wünschenswert sein kann, besteht darin, das Ventil 52 und den Gaserzeuger 9 bzw. 9a mit einer gewissen zeitlichen Trennung zu betätigen. Beispielsweise kann gewünscht werden, das Ventil 52 zu Öffnen, um den Druck im Druckgefäß 37 bzw. 37a. zu entspannen, und eine kurze Zeit

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später, beispielsweise nach einigen Millisekunden, den Gaserzeuger 9 bzw» 9a zu zünden. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung einer einzigen Sp annungs quelle mit einem doppeltwirkenden Schalter geschehen, der zuerst den Stromkreis über die Batterie 61 zu entweder dem Zünder 16 oder zum Ventil 52 schließt und dann ein gewünschtes Zeitintervall später die andere der beiden vorgenannten Vorrichtungen 16 und 52 betätigt. Schaltvorrichtungen, _t mit denen eine Spannung zuerst an die eine Vorrichtung und dann an eine zweite Vorrichtung mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung gelegt werden kann., sind bekannt, so daß sich hier eine-nähere Erläuterung erübrigt. Hierbei ist zu erwähnen, daß sich.das Ventil entweder in der Offenoder Schließstellung befinden kann, wenn der Gaserzeuger bzw. 9a gezündet wird.

Innerhalb des Rahmens der Erfindung können Abänderungen vorgesehen werden. Beispielsweise brauchen die Vorrichtungen keine Zylinder zu sein, da sie irgendeinen anderen Querschnitt haben können, wie einen ovalen oder polygonalen Querschnitt, oder, wenn gewünscht, sich verjüngend ausgebildet sein können. Die in der Beschreibung verwendeten Bezeichnungen "Rohr" oder "rohrförmig" sollen alle Abweichungen von wahren Zylindern umfassen.

In Fig. 1-5 sind Gaserzeuger 9 und 9a dargestellt, die in zwei Stufen arbeiten, d.h., es befindet sich eine Zündladung innerhalb der äusseren Hauptladung. Hierbei handelt es sich um eine Anordnung, die wahrscheinlich im Falle von Reaktionspartnern gewählt wird, die einen hohen Wärmegrad zur Reaktion erfordern, beispielsweise bei der Reaktion von Natriumazid mit Ammoniumperchlorat. Hierbei ist jedoch zu erwähnen, daß im Falle anderer möglicher Reaktionspartner'

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die keinen so hohen Wärmegrad zur Reaktion erfordern,* es nicht notwendig" zu sein braucht, eine Zündladung 'zu- ' sätzlich zur Hauptladung zu verwenden. Es kann dann'vielmehr zweckmässiger sein, die. 'Hauptladung einfach 'unmittelbar durch den Zünder 16 oder "eine andere Zündeinrichtung -"'■

zu zünden. In diesem FaLIe" kann das Innenrohr Ί1 we'g- '

gelassen und das Gas - nach dem Zünden - unmittelbar in den Zylinder 10 eingebläsen und aus den öffnungen 34 ausgeblasen werden. Das Gefäß 37 wird natürlich-unter'" ■ Druck gesetzt, beispielsweise innerhalb eines Bereiches' ^r von etwa 16 2 - 25 3 kp/cm (etwa 23ÖO'bis 3600 p.'s'.i.)', ■■■ unter Druck gesetzt werden, und durch die'Leitung 51 abgeblasen werden, wie Vorangehend beschrieben". ■- *" ' ' ·

Wenn gewünscht, kann mehr als ein solcher Erzeuger'9, beispielsweise ein Paar ähnlicher Erzeuger 9, innerhalb eines einzigen Zylinders 10 angeordnet'wer'dehv In einem solcWeiv⁷-Faile können diese Hrzeuger so eingestellt"werden"; daß"'-"·-""-"' sie unter unterschiedlichen BedingungexL'wirksam werden, -^^- z.B. derart, daß beide Erzeuger im Fapie^elnes'^chwereh' ' ^: Aufpralls betätigt werden", um 'dadurcii-die"Behälter- TO,- "^:- 70a (wenn z.B.'solche Behälter Luftsäcrke'sind) aufziibla-''-sen, oder es wird nur 'einer der Erzeuger¹ bei leichteren·"* ' Stoßen aktiviert. Ferner kann die "BBtäirigung jedds'E'r-'^ '^Λ< zeugers sequentiell sein, um die Zeit zu dehnen, über welche "die Energie freigesetzt Wird¹/ Da' durch eine solche'^:'^: Abänderung"die in Verbiridung "mit 'Fig. 1 und*⁰^ dargestellte? Ausführungsform lediglich zum Teil verdoppelt wird j 'dürfte'· sich'eine nähere Beschreibung; erübrigen. ' · - - -"■ .""".--- v

-In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß die Größe'und die Zusammensetzung "des Materials '26,·"unabhängig "davon,· ^:'^Ά· ob es pelletlöiert ist' oder nicht, die Größe, die-Menge ''

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und die Abstände der öffnungen 33 im Innenrohr 11, die Größe sowie die Abstände und die Gesamtzahl der Pellets 32 im Raum 31 zwischen den Rohren 10 und 11 und ferner die Größe,, die Abstände und die Gesamtzahl der öffnungen 3M- im Rohr 10 alle so gewählt werden., daß die .gewünschte Reaktionszeit und Gasmenge erhalten wird. Es sind natürlich grö.s sere. Abänderungen möglich. Ferner kann der Stopfen 27 weggelassen werden, wenn das Material.26 aus einem Stück besteht oder wenn der Zünder 16 dazu verwendet wird, allein die Zündreaktion durchzuführen.

Wie sich aus dem Vorangehenden ergibt, wurde durch die Erfindung eine neuartige Form eines Gaserzeugers 9 bzw. 9a geschaffen,, der in seiner Bauform einfach und von verhältnismässig geringem Gewicht ist, klein ist und gewöhnlich nur eine Länge von einigen Zoll hat, so daß er, wenn gewünscht, leicht gehandhabt und miljeführt werden kann. Trotz seiner verhältnismässig geringen Größe kann er Pellets aus Reaktionspartnern aufnehmen, die ein Gasäquivalent von einer verhältnismässig großen Menge Gas haben, das innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums erzeugt werden kann.

Die Zusammensetzung der Hauptladung, welche das zur Reaktion oder Verbrennung mit dem Reduktionsmittel oder dem zu oxydierenden Stoff erforderliche Oxydationsmittel enthält, ist reaktionsfähig, ohne daß Sauerstoff aus der Atmosphäre erforderlich ist. Diese Eigenschaft der Zusammensetzung wird hier als selbstreagierend bezeichnet.

Das Material der Vorrichtung, gewöhnlich Metall, braucht nur eine solch ausreichende Festigkeit und Wärmebeständigkeit zu haben, daß diese unter den Wärmebedingungen, welche durch die verwendeten, chemischen Reaktionspartner geschaffen

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werden, intakt bleibt.

Für die erfindungsgemäfee Vorrichtung bestehen viele weitere Verwendungsiriögli'chkeiten als die vorerwähnten-, ein- ■ schließlich" Flugzeuge, Raumfahrzeuge" und andere ' Bereiche, in welchen eine angemessene Zufuhr zur Lebensrettung nicht zur Verfugung steht, beispielsweise ini Grubenbetrieb, Tunnels und Speichertahks. Die Vorrichtung kannzur Wärmeerzeugung, beispielsweise als Zündquelle, oder zur Wärme- "und Gasbelieferung für Fackeln verwendet werden. Weitere mögliche Verwendungszwecke sind für den'Fachmann ohne Schwierigkeit erkennbar.

Die Erfindung ist natürlich nicht' auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt,' sondernkann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren.

Patentansprüche:

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   ...-■ Vorrichtung zum wahlweisen Erzeugen und Ausblasen von

   Gas, gekennzeichnet durch

   zwei längliche Hohlkörper, von denen der erste axial innerhalb des zweiten so angeordnet ist, daß ein Raum zwischen der Aussenwand des ersten Hohlkörpers und der Innenwand des zweiten Hohlkörpers gebildet wird,; eine Anzahl öffnungen, die sich axial längs der und durch die Wände jedes der Hohlkörper erstrecken und mit deren Innenraum in Verbindung stehen; eine erste selbstreagierende Zündladung, die innerhalb des Innenraums des ersten Hohlkörpers angeordnet ist;

   eine zweite selbstreagierende Zündladung, die innerhalb des Raumes angeordnet ist, der ztischen der Aussenwand des ersten Hohlkörpers und der Innenwand des zweiten Hohlkörpers begrenzt wird, welche zweite Ladung bei ihrer Zündung Gas erzeugt;

   eine Zündeinrichtung, die mit dem ersten Hohlkörper zum wahlweisen Zünden der ersten Ladung in diesem verbunden ist, so daß durch eine wahlweise Zündung der Zündeinrichtung die erste Ladung gezündet wird derart, daß die durch die Zündung der ersten Ladung erzeugte Wärme aus den öffnungen im ersten Hohlkörper austritt und in den Raum eintritt, der zwischen der Aussenwand

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   des ersten Hohlkörpers und der Innenwand des zweiten Hohlkörpers begrenzt ist, um dadurch die zweite Ladung zur Gaserzeugung zu- aktivieren, weiches Gas- aus den Öffnungen im zweiten Hohlkörper ausgeblasen wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Enden"der Hohlkörper gegenüber· der ' Atmosphäre abgeschlossen sind. " ^! - ■ "
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch "gekennzeichnet, ' daß die erste Ladung aus einem Gemisch" Von'Nat'riumäzid und Ämmoniumperchlorad gebildet wirdi " *
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dädu^cii" gekenhzeichhei:",--daß die "Zündeinrichtung einen Zünder" aufwe^ci'st^:, der'¹ an dem einen Ende des ersten Hohlkörpers angeordnet ist. -

   5. Vorrichtung nach Anspruch lj'dadWcfh gekennzeichnet:,' daß die zweite Ladung durch eine Vielzahl Peίlets' »aus einem sich selbst zersetzenden, gäserzeugenden feteriai gebildet wird. ^: ■'" '^:'~ ' ■■'■■"' '·'* "ⁱ"^J-'^:- ' '^l"- -:'--■

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der'Pellets in dem Raum in einer Weise angeordnet sind, daß Zwischenräume zwischen den Pellets bestehen, durch welche Wärme" eintreten^ und' hei. der Zündung

   der Pellets Gase bilden und zur Strömung veranlassen kann.

   Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Behälter zur Aufnahme von Gas aus der Zündung der zweiten Ladung, wobei die erwähnten Hohlkörper in diesem Behälter so angeordnet sind, daß die öffnungen durch die Wand des zweiten Hohlkörpers mit dem Inneren des Behälters in Verbindung stehen.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Inneren des Behälters eine Druckgasquelle verbunden ist, um dessen Innenraum unter Druck zu setzen,

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen ventilgesteuerten Auslaß, der mit dem Innenraum des Behälters zum Freisetzen von Gas aus diesem verbunden ist.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet duch eine Einrichtung, die sowohl mit dem ventilgesteuerten Auslaß als auch mit der Zündeinrichtung verbunden ist, um gleichzeitig das Ventil des ventilgesteuerten Auslasses zu öffnen und die Zündeinrichtung zu aktivieren.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen zweiten Behälter, der mit dem ventilgesteuerten Auslaß

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   verbünden ist und mit diesem in Fluidverbindüng Aufnähme ν oft Gas äüs dim Inftenraüffi &ää e^itfefi Behälters steht*

   tXÄg rtacli Msjsrütiii -11* ■ dadurch däft der zWfeitfe ßehäiteip aiii liacHgiibigii'

   13« Vorrichtung nach Anspruch 12_S dadurch daß der erwähnte Sack pör&s ist*

   » Verfahren zürn Äbisläöeti von Säs aus einem gesbhiossenen₄ ein Gas-enthaltenden Öefä&j äädürich -gekeriftieibhneti · daß daä Qää irinerhäib dis erwrährtten «SeiäBes ülitir teücfc gesetzt viird^ ""-''

   ' der Drück dieses' Druckgases innerhalb des Öefäües tmter Drückbelastürig des öäses in diesem verstärkt vilrd; utid aäs unter verstärktem- Drück ÖteMiide (Sas äüs dem erwähnten Se faß freigegeben wird, .

   15, Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckverstärkung dadurch geschieht j daß ein druekverstärkendes Gas in das Druckgas innerhalb des Gefäßes eingeblasen wird* .

   16. Verfahren nach Anspruch 14, dadunfo gekennzeichnet, daß die Freigabe des Gases in der Weise geschiehtj daß das

   ORIQiNÄL INSPECTED

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   Gas in einen ein Sas enthaltenden Behälter freigegeben wird. *

   17* Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblasen einek Gases in der Weise geschieht, daß eine erste seIbstreagierende Ladung innerhalb des Gefäßes entzündet und

   nachfolgend eine 2weite selbstreagierende gäserzeugende Zündlädung dadurch zur Reaktion gebracht wird, daß die erste Ladung in Reaktion gebrächt wird» um dadurch das erwähnte drückverstärkte Gas zu bilden.

   18, Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnetj daß gleichzeitig das erwähnte druckverstärkte Drückgas aus dein Gefäß freigegeben und die erste selbstreagierende Ladung entzündet wird.

   19» Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig eine dritte selbstreagierende Ladung innerhalb des erwähnten Gefäßes entzündet wird und nachfolgend eine vierte se Ib st reagieren de gaserzeugende Zündladung durch die Reaktion der dritten Ladung zur Reaktion gebracht wird, um dadurch das erwähnte Druckverstärkungsgas zu bilden.

   20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß

   ORIGINAL INSPECTED

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   nachfolgend eine vierte selbstreagierende gaserzeu- . gende Zündladung durch die Reaktion der dritten Ladung gezündet wird, um dadurch das Druckverstarkungsgas zu bilden.

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   Lee rse ι te