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Diese
Erfindung betrifft Gasgeneratoren, die bei Fahrzeuginsassensicherheitsvorrichtungen
verwendet werden, einschließlich,
ohne Einschränkung, Gurtstraffer,
Airbags, Druckgasbehälteröffner und
andere Vorrichtungen, die einen schnellen Impuls von Hochdruckgas
erfordern.
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Gasgeneratoren
werden verwendet, um Airbags aufzublasen. Sie können ebenfalls verwendet werden,
um Behälter
zu öffnen,
die Druckgas enthalten, und um Sicherheitsgurte zu straffen. Genauer gesagt,
kleine „Gasgeneratoren" werden bei Gurtstraffern
und als Mittel zum Öffnen
von Behältern
genutzt, die Druckgas enthalten. In einem Fahrzeuginsassenrückhaltesystem
aktiviert ein elektrischer Strom, der durch einen Aufprallsensor
ausgelöst wird,
einen Gasgenerator. Im Allgemeinen, wenn der elektrische Strom von
einer Zündeinrichtung
empfangen wird, die innerhalb des Gasgenerators untergebracht ist,
wird die Zündfolge
ausgelöst,
was zur Zündung
der Gaserzeugungssubstanz führt.
Die Verbrennung der Gaserzeugungssubstanz erzeugt Heißgas mit
erhöhten
Drücken.
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Wenn
ein Gasgenerator, der bei einem Gurtstraffer eingesetzt wird, aktiviert
wird, zwingen das Heißgas
und der resultierende hohe Druck, die durch die Verbrennung der
Gaserzeugungssubstanz erzeugt werden, einen Kolben oder eine ähnliche
Vorrichtung mit einem befestigten Kabel dazu, sich in einem Rohr
nach unten zu bewegen und den übermäßigen losen
Durchhang des Sicherheitsgurtes zu beseitigen. Weitere Gurtstraffer
verwenden einen Gasgenerator, um eine Rolle oder Ratsche anzutreiben, um
einen übermäßigen losen
Durchhang im Sicherheitsgurt zu entfernen. Das Entfernen des losen Durchhanges
in einem Sicherheitsgurt ist erforderlich, um einen Fahrzeuginsassen
während
eines Aufpralls richtig zu positionieren, indem der Fahrzeuginsasse
am Sitz gesichert wird.
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Bei
einem Druckgasbehälteröffner können die
aus dem Gasgenerator austretenden Gase verwendet werden, um einen
Gegenstand anzutreiben oder eine thermische oder mechanische Beanspruchung
an einer Berstscheibe oder einer Membran anzulegen, was zum Durchstoßen oder
allgemeinen Versagen der Membran oder der Berstscheibe führt. Das
Zerreißen
oder Versagen der Membran/Berstscheibe gestattet das Austreten von
Druckgas.
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Gasgeneratoren
weisen Zündeinrichtungen auf,
die im Allgemeinen eine hermetische Glas-Metall-Dichtung oder eine hermetische Kunststoffdichtung
aufweisen, die das Zündladungsmaterial
vor Feuchtigkeit schützt.
Der Zündeinrichtungskörper kann
ein übergossenes
Zusatzteil aufweisen, das ein polymeres Material aufweist. Das übergossene
Zusatzteil gestattet, dass die Zündeinrichtung
eine Dichtung gegen den Gasgenerator bildet, wie im
US 6167808 offenbart wird.
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Die
vorlegende Erfindung betrifft einen Gasgenerator, der einen Körper oder
ein Gehäuse
aufweist, der vollständig
aus einem polymeren Material besteht. Ein polymerer Gasgeneratorkörper muss hohe
Temperaturen und Druck aushalten, denen man während der Zündung und Verbrennung der im Generatorkörper enthaltenen
Gaserzeugungssubstanz begegnet. Ein weiteres Problem steht mit den Brisanzeigenschaften
der Gaserzeugungssubstanz in Beziehung. Die Brisanz ist ein Maß der Fähigkeit eines
Materials zu zersplittern. In einem Kunststoff- oder polymeren Gasgenerator
muss die Gaserzeugungssubstanz eine „geringe Brisanz" aufweisen, und sie
muss nachgiebige Zünd-
und Verbrennungseigenschaften aufweisen. Eine Gaserzeugungssubstanz
dieser Art wird im
US 6071364 beschrieben,
und sie funktioniert gut in Kunststoffgasgeneratoren. Das
US 6073963 beschreibt einen
spritzgegossenen Initiator mit einem spritzgegossenen Einsatzelement
und lehrt die Notwendigkeit für
ein Einsatzelement. Die vorliegende Erfindung benutzt kein derartiges
Element. Statt dessen weisen der gesamte Körper und die polymere Endkappe
einen spritzgegossenen Kunststoff auf und bilden eine polymere Brennkammer,
die eine Gaserzeugungssubstanz unterbringt.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung einen Gasgenerator mit verbesserter Zuverlässigkeit
und reduziertem Gewicht zur Verfügung
zu stellen, der außerdem einfach
zusammenzubauen ist.
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Der
Kunststoffgasgenerator dieser Erfindung ist billig, wird einfach
montiert, zeigt ein geringes Gewicht und wird durch Spritzgießen oder
eine ähnliche Technologie
hergestellt.
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Das
DE 19645177 A1 ,
das die charakteristischen Merkmale aufweist, die im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 erwähnt
werden, offenbart einen Gasgenerator mit einem Gehäuse, das
aus zwei Gehäuseteilen
gebaut wird, die miteinander verbunden sind. Die zwei Gehäuseteile
bilden ein Brennkammergehäuse,
das eine Brennkammer innerhalb des Gasgenerators definiert. Die
Gaserzeugungssubstanz wird innerhalb der Brennkammer bereitgestellt.
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Das
US 4023497 offenbart eine
Zündeinrichtung.
Die Zündladung
wird in der Zündeinrichtung eingesetzt.
Um die Zündladung
zu zünden,
wird eine Zündpille
verwendet, die im Rohr der Zündeinrichtung
gehalten wird. Ein Stopfen wird in das Ende des Rohres geleimt,
um die Zündladung
im Rohr während der
Handhabung der Zündeinrichtung
zu halten.
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Das
US 2968985 offenbart einen
thermoplastischen Brückenstopfen,
der Leitungsdrähte
trägt und
einen integrierten Rand aufweist, der die Seitenwand des Sprengzündergehäuses bildet.
Die Leitungsdrähte
sind im Brückenstopfen
eingebettet und ebenfalls im zylindrischen thermoplastischen Positioniermittel.
Ein Überbrückungsdraht
wird an den Enden der Leitungsdrähte
befestigt. Das Gehäuse
wird mit einer Zündzusammensetzung
gefüllt.
Außerdem ist
die Innenfläche
der Mantelwand mit einem Vorsprung versehen, um den Flansch einer
thermoplastischen Scheibe aufzunehmen, die die Basis des Sprengzünders abdichtet.
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Das
US 5178547 offenbart eine
Vorrichtung für
eine Verbindung mit einem elektrischen Verbinder und, wenn sie betätigt wird,
für das
Auslösen
der Betätigung
eines Gasgenerators für
das Ausstoßen
von Gas, um einen Airbag aufzublasen. Die Vorrichtung umfasst einen
Initiator und ein Mittel für
das Halten des Initiators benachbart dem Gasgenerator. Das Haltemittel
wird am Initiator mittels eines Körpers aus Kunststoffmaterial
befestigt.
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Das
US 6056319 offenbart einen
Gasgenerator mit einem Gehäuse,
das aus einem oberen Gehäuseteil
und einem unteren Gehäuseteil
besteht, die fest miteinander verbunden sind. Innerhalb des Gasgeneratorgehäuses wird
eine Brennkammer mit einem darin enthaltenen festen Treibmittel
gebildet. Eine Zündeinrichtung
wird in den unteren Gehäuseteil
eingesetzt und ragt in die Brennkammer hinein.
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Das
US 3831523 offenbart eine
elektroexplosive Vorrichtung, die ein Gehäuse, einen Leitungsdraht, einen Überbrückungsdraht
und eine explosive Zusammensetzung aufweist, die alle aus „Niedrig-Z"-Elementen gebildet
werden, d. h., Elementen, die eine ausreichend niedrige Ordnungszahl
aufweisen, die nur jene Elemente definiert, die für Röntgenenergie
durchlässig
sind.
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Das
US 3971320 stellt einen
elektrischen Initiator bereit, der die Gefahr der zufälligen Zündung durch
Entladung der statischen Elektrizität oder durch Kurzschlüsse minimiert.
Außerdem
ist der elektrische Initiator leicht zu montieren. Der Initiator weist
ein nichtleitendes Gehäuse
und ein metallisches inneres Gefäß, eine
Koaxialsteckerbaugruppe, ein Paar Leitungsdrähte, ein Mittel für das Verbinden eines der
Leitungsdrähte
mit dem in der Koaxialsteckerbaugruppe enthaltenen Stift und ein
Mittel für
das Verbinden des anderen Leitungsdrahtes mit der Hülse auf,
die ebenfalls in der Koaxialsteckerbaugruppe eingeschlossen ist.
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Ein
Gasgenerator entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung
weist eine polymere Endkappe und eine Zündeinrichtungsunterbaugruppe
auf, die eine Zündeinrichtung
und einen polymeren Gasgeneratorkörper aufweist. Der Gasgeneratorkörper und
die Endkappe definieren eine hermetisch abgedichtete Brennkammer
für das
Aufnehmen einer Gaserzeugungssubstanz. Die Zündeinrichtung empfängt einen
elektrischen Strom und zündet
eine Gaserzeugungssubstanz. Der Gasgenerator kann befestigt, montiert
oder festgehalten werden, indem die äußere Geometrie abgewandelt
oder verändert wird,
um verschiedene Konstruktionen aufzunehmen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
Stirnseitenansicht eines Gasgenerators entsprechend der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Längsschnittdarstellung
der Ausführung
aus 1 längs
der Linie 2-2 in 1;
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3 eine
Stirnseitenansicht eines Gasgenerators entsprechend einer zweiten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Längsschnittdarstellung
der Ausführung
aus 3 längs
der Linie 4-4 in 3;
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5 eine
Stirnseitenansicht eines Gasgenerators entsprechend einer dritten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Längsschnittdarstellung
der Ausführung
aus 5 längs
der Linie 6-6 in 5;
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7 eine
Längsschnittdarstellung
eines Gasgenerators entsprechend einer vierten Ausführung der
vorliegenden Erfindung;
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8 und 8A Seitenansichten,
teilweise herausgebrochen, von Gasgeneratoren entsprechend der vorliegenden
Erfindung, die als ein Öffner für einen
Druckgasbehälter
eingesetzt werden;
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9 bis 11 perspektivische
Ansichten von Zündeinrichtungen,
die in Gasgeneratoren entsprechend der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden
können;
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12 eine
Längsschnittdarstellung
der in 4 gezeigten Zündeinrichtung,
nachdem sie verwendet wurde, um Gas zu erzeugen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
veranschaulichten Ausführungen
sind für eine
Verwendung bei Gurtstraffern gedacht, können aber bei anderen Vorrichtungen
verwendet werden, einschließlich,
ohne Einschränkung,
eines Gasgenerators für
einen Airbag oder eines Öffners
für einen Behälter, der
Druckgas enthält.
Ein Öffner
für einen Behälter, der
Druckgas enthält,
kann bei einer Beifahrer- oder Seitenaufprall-Airbagvorrichtung
eingesetzt werden, ist aber nicht darauf beschränkt. Man glaubt, dass Gasgeneratoren
entsprechend der vorliegenden Erfindung ebenfalls eine Nützlichkeit
bei Vorrichtungen aufweisen, wie beispielsweise Explosionsbolzen,
Sprengzündern,
die bei Bergbau- oder Abbruchaktivitäten verwendet werden, militärischen
Vorrichtungen, Durchbohrvorrichtungen, Abziehvorrichtungen, Steuertriebwerken,
Ventilen, Schneidvorrichtungen und Unterwasservorrichtungen.
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1 und 2 zeigen
eine erste Ausführung
eines Gasgenerators 10, der für eine Verwendung bei einem
Fahrzeuginsassenrückhalt
geeignet ist, wie beispielsweise einem Gurtstraffer. Ein Gasgenerator
entsprechend der vorliegenden Erfindung mit einer Größe, die
für eine
Verwendung bei einem Gurtstraffer oder für das Öffnen eines Behälters, der Druckgas
enthält,
geeignet ist, kann relativ klein sein, wobei er nur bis zu etwa
fünf Gramm
eines Gaserzeugungsmaterials enthält. 1 ist eine
Stirnseitenansicht des Gasgenerators und 2 eine Längsschnittdarstellung
längs der
Linie 2-2 in 1. Der Gasgenerator weist eine
Längsachse 12 auf,
die sich in Längsrichtung
durch den Gasgenerator erstreckt. Eine Zündeinrichtungsunterbaugruppe 14 weist
eine Zündeinrichtung 50 auf,
die in einen polymeren Gasgeneratorkörper 70 geformt ist.
Das heißt, ein
Gasgenerator entsprechend dieser Ausführung wird teilweise hergestellt,
indem eine kommerziell verfügbare
Zündeinrichtung 50 des
Typs, der in Perspektive in 9 gezeigt
wird, in einer Form angeordnet und ein geeigneter polymerer Gasgeneratorkörper 70 um
die Zündeinrichtung
geformt wird, um eine Zündeinrichtungsunterbaugruppe 14 zu
bilden.
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Wie
sie hierin verwendet wird, wird eine „Zündeinrichtung" als eine Vorrichtung
verstanden, die die erste Zündung
in der Brennfolge auslösen wird.
Eine Zündeinrichtung
kann beispielsweise eine elektrische Vorrichtung 50 mit
zwei Elektroden oder Stiften 66, 68 aufweisen,
die voneinander isoliert sind und mittels eines Heizelementes 59 verbunden
werden, wie beispielsweise eines Überbrückungsdrahtes oder einer Halbleiterbrücke, der
an einem Sockel 42 auf der Seite des Sockels entgegengesetzt
den Elektroden 66, 68 befestigt ist. Eine rohrförmige Seitenwand 44 erstreckt
sich vom Sockel. Eine Dichtung 40 wirkt mit dem Sockel
und der Seitenwand zusammen, um einen Ladungshohlraum 58 zu
definieren, der ein primäres
pyrotechnisches Material 60 enthält. Die Dichtung 40 isoliert
das primäre
pyrotechnische Material von einer Gaserzeugungssubstanz 48.
Das Heizelement 59 ist im primären pyrotechnischen Material 60 oder
der Zündeinrichtungsladung
eingebettet. Das primäre
pyrotechnische Material ist so ausgelegt, dass es einen Wärmeblitz
von ausreichender Intensität
liefert, um die Dichtung 40 zu zerreißen und die Gaserzeugungssubstanz 48 zu
zünden,
wenn dem Heizelement 59 Elektrizität zugeführt wird.
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Während die
Struktur einer speziellen Zündeinrichtung
gezeigt und beschrieben wurde, wird verstanden, dass jegliche geeignete
Zündeinrichtung
in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
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3 und 4 zeigen
eine zweite Ausführung
eines Gasgenerators 10A, der für eine Verwendung bei einem
Fahrzeuginsassenrückhalt
geeignet ist. 3 ist eine Stirnseitenansicht
des Gasgenerators, und 4 ist eine Längsschnittdarstellung längs der
Linie 4-4 in 3. Ein Gasgenerator entsprechend
dieser Ausführung
wird teilweise durch Anordnen einer kommerziell verfügbaren Zündeinrichtung 50A des
in Perspektive in 10 gezeigten Typs in einer Form
und Formen eines geeigneten polymeren Gasgeneratorkörpers 70 um
die Zündeinrichtung
hergestellt, um eine Zündeinrichtungsunterbaugruppe 14 zu
bilden. Der einzige Unterschied zwischen den Zündeinrichtungen 50, 50A,
die in diesen ersten zwei Ausführungen 10, 10A verwendet
werden, ist, dass die Zündeinrichtung 50A,
die in der zweiten Ausführung
verwendet wird, einen übergossenen
Zusatzabschnitt 52 aus Kunststoff aufweist, der durch den
Hersteller der Zündeinrichtung
bereitgestellt wird, um die Montage der Zündeinrichtung mit einem metallischen
Gasgeneratorkörper
zu erleichtern. Die Gasgeneratoren der ersten und zweiten Ausführung sind
im Wesentlichen die gleichen mit Ausnahme einiger kleiner Unterschiede,
auf die nachfolgend verwiesen wird. Daher werden diese zwei Ausführungen
im Detail gleichzeitig mit gleichen Teilen beschrieben, die durch
gleiche Bezugszeichen identifiziert werden.
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Der
Gasgenerator 10, 10A weist eine Kurzschlussklemme 91 auf,
die den Gasgenerator erdet, bis die Zündeinrichtung 50, 50A mit
der elektrischen Schaltung eines Fahrzeuges verbunden ist. Die Kurzschlussklemme
verhindert ein zufälliges
Zünden des
Gasgenerators. Bei der in 1 und 2 gezeigten
Ausführung
ist die Kurzschlussklemme 91 in einem separaten Gehäuse 90 befestigt,
das in eine Aussparung im polymeren Gasgeneratorkörper 70 eingesetzt
und mittels Nasen 92 in die Position geschaltet wird, die
in Schlitzen 76 im polymeren Gasgeneratorkörper angeordnet
sind. Eine derartige Kurzschlussklemmenbaugruppe ist kommerziell
erhältlich.
Alternativ, wie in der Ausführung
in 3 und 4 gezeigt wird, kann die Kurzschlussklemme 91 in
den polymeren Gasgeneratorkörper 70 in zwei
Stufen gegossen werden. Wie am besten in 12 gezeigt
wird, wird die Kurzschlussklemme 91 mit den Zündeinrichtungsstiften 66, 68 außer Kontakt gedrückt, wenn
ein elektrischer Verbinder 93 für das Verbinden der Zündeinrichtung
mit dem elektrischen System eines Fahrzeuges mittels einer geeigneten Verdrahtung 94 auf
die Zündeinrichtungsstifte
gedrückt
wird.
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Bei
noch weiterer Betrachtung von 1 bis 4 weist
der polymere Gasgeneratorkörper 70 eine
rohrförmige
Brennkammerwand 16 auf. Die Brennkammerwand weist eine
Innenfläche
und eine Außenfläche auf.
Ein polymerer Verschluss 34 wird in einem separaten Spritzgießvorgang
hergestellt. Eine Brennkammer 46 wird durch die Zündeinrichtung 50, 50A,
den polymeren Gasgeneratorkörper 70 und
den polymeren Verschluss 34 definiert.
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Um
zu verhindern, dass die Zündeinrichtungsunterbaugruppe
14 während der
Verbrennung der Gaserzeugungssubstanz
46 reißt, sollte
eine Gaserzeugungssubstanz wie beispielsweise jene verwendet werden,
die im
US 6071364 beschrieben wird.
Genauer gesagt, die Gaserzeugungssubstanz sollte eine geringe Brisanz
aufweisen oder nicht detonationsfähig sein. Die Zündeinrichtungsunterbaugruppe
14 sollte
in der Lage sein, eine Beaufschlagung mit Druck von bis zu annähernd 700
Kilogramm pro Quadratzentimeter ohne Versagen auszuhalten.
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Der
polymere Verschluss 34 bildet eine hermetische Dichtung
mit der Zündeinrichtungsunterbaugruppe 14,
so dass die Gaserzeugungssubstanz 48, die in der Brennkammer 46 angeordnet
ist, nicht dem Wasserdampf oder anderen Verunreinigungen ausgesetzt
wird. Wie in 2 und 4 gezeigt wird,
ist der polymere Verschluss 34 eine Endkappe, die im Querschnitt
U-förmig
ist, mit einem geschlossenen Ende 38 und einem offenen
Ende 36. Beim in 2 gezeigten
Gasgenerator 10 ist die Endkappe innerhalb der rohrförmigen Brennkammerwand 16 angeordnet,
wobei das offene Ende der polymeren Endkappe zur Zündeinrichtung
hin liegt, um das Volumen der Kammer zu vergrößern, wie es erforderlich ist.
Beim in 4 gezeigten Gasgenerator 10A ist
die Endkappe 34 innerhalb der rohrförmigen Brennkammerwand angeordnet,
wobei das geschlossene Ende 38 der polymeren Endkappe 34 zur
Zündeinrichtung 50A hin
liegt, um das Entfernen des unerwünschten Schwundes in der Brennkammer 46 zu
gestatten. Es wird verstanden, dass jegliche Anordnung des Verschlusses 34,
die in irgendeinem der hierin offenbarten Ausführungsbeispiele offenbart wird,
bei irgendeiner der anderen offenbarten Ausführungen verwendet werden kann.
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Setzt
man die Betrachtung von 2 und 4 fort,
so weist die Zündeinrichtungsunterbaugruppe 14 außerdem einen
polymeren inneren ringförmigen
Abschnitt 22 auf, der benachbart der Zündeinrichtung 50, 50A geformt
wird. In der in 1 und 2 gezeigten
Ausführung
sind der polymere innere ringförmige
Abschnitt 22 und die Brennkammerwand 16 beabstandet,
um eine ringförmige
Aussparung 24 zu bilden, die ein Teil der Brennkammer 46 ist.
Keine derartige Aussparung ist in der in 3 und 4 gezeigten
Ausführung
vorhanden. Das Vorhandensein einer derartigen ringförmigen Aussparung 22 ist
wahlfrei, und die Notwendigkeit einer derartigen Aussparung basiert
auf der Menge an Gas, die in Übereinstimmung
mit passenden technischen Praktiken erzeugt wird.
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Wie
in 2 und 4 gezeigt wird, weist die Zündeinrichtungsunterbaugruppe 14 außerdem einen
polymeren Flansch 26 auf, der zusammenhängend mit dem polymeren Gasgeneratorkörper 70 gebildet
wird und sich radial nach außen
von dort mit Bezugnahme auf die Längsachse 12 des Gasgenerators
erstreckt. Der polymere Flansch 26 trägt beim Gasgenerator 10 zur
Stabilität
und Festigkeit bei, weil dieser Flansch während der Verbrennung Energie absorbiert.
Der polymere Flansch kann verwendet werden, damit der Gasgenerator
in einer Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung aufgenommen wird, wie beispielsweise
einem Gurtstraffer (nicht gezeigt). In 1 bis 4 wird
ebenfalls ein Schaltelement 78 gezeigt, das sich vom Flansch
erstreckt, um die richtige Positionierung des Gasgenerators in einer
Fahrzeuginsassensicherheitsvorrichtung zu unterstützen.
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Ein
Absatz 31 kann benutzt werden, um den Gasgenerator 10 an
einer Sicherheitsvorrichtung, wie beispielsweise einem Gurtstraffer,
bei Verwendung eines Sicherungsmittels zu sichern, wie beispielsweise
eines Metallstreifens, der um den Absatz 31 gebördelt wird,
um den Gasgenerator an Ort und Stelle zu halten.
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5 und 6 zeigen
eine dritte Ausführung
der vorliegenden Erfindung, bei der eine Zündeinrichtung 50B zusammenhängend mit
der Zündeinrichtungsunterbaugruppe 14 gebildet
wird. 5 ist eine Stirnseitenansicht des Gasgenerators 10B, und 6 ist
eine Längsschnittdarstellung
längs der Linie
6-6 in 5. Ein Gasgenerator entsprechend dieser Ausführung wird
teilweise durch Anordnen einer kommerziell verfügbaren Zündeinrichtungssockelbaugruppe 50B des
in Perspektive in 11 gezeigten Typs in einer Form
und Formen eines geeigneten polymeren Gasgeneratorkörpers 70 um
die Zündeinrichtung
hergestellt, um eine Zündeinrichtungsunterbaugruppe 14 zu
bilden. Genauer gesagt, die Zündeinrichtungssockelbaugruppe 50B weist
einen ersten und zweiten Leiterstift 66, 68 und
einen Sockel 42 auf, der ein Heizelelement 59 aufweist,
das damit auf der Seite des Sockels montiert ist, die der Seite
entgegengesetzt ist, von der aus sich die Stifte 66, 68 erstrecken.
Bei der Sockelbaugruppe erstreckt sich nicht eine rohrförmige Seitenwand 44 vom
Sockel aus, wie bei den vorher beschriebenen Zündeinrichtungen 50, 50A.
Der polymere innere ringförmige Abschnitt 22 der
Zündeinrichtungsunterbaugruppe 14,
der vorangehend beschrieben wird, führt die Funktion der rohrförmigen Seitenwand
als ein Strukturelement aus, um dabei zu helfen, den Ladungshohlraum 58 der
Zündeinrichtung 50 zu
definieren. Nachdem die Zündeinrichtungsunterbaugruppe 14 geformt
wurde, wird das primäre
pyrotechnische Material 60 in den Ladungshohlraum 58 eingefüllt, und es
wird eine Dichtung 40 über
der Öffnung
im polymeren inneren ringförmigen
Abschnitt 22 angeordnet, und sie wirkt mit dem Sockel und
dem polymeren inneren ringförmigen
Abschnitt zusammen, um den einen Ladungshohlraum 58 zu
definieren, der das eine primäre
pyrotechnische Material 60 enthält. Die Dichtung 40 trennt
das primäre
pyrotechnische Material von einer Gaserzeugungssubstanz 48.
In jeder anderen Hinsicht gleicht die Ausführung in 5 und 6 in
der Struktur und Funktion den Ausführungen, die bereits mit Bezugnahme
auf 1 bis 4 beschrieben wurden.
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7 ist
eine Längsschnittdarstellung
eines Gasgenerators 10C entsprechend einer vierten Ausführung der
vorliegenden Erfindung, wobei die polymere Endkappe 34 über die
Zündeinrichtungsunterbaugruppe 14 passt,
wobei eine hermetische Dichtung zwischen der Innenfläche 36 der
polymeren Endkappe 34 und der Außenfläche 20 der Brennkammerwand 16 gebildet
wird. Die bei dieser Ausführung verwendete
Zündeinrichtung
weist ein Metallgefäß 61 auf,
wobei zuerst ein primäres
pyrotechnisches Material 60 im Gefäß angeordnet wird und danach eine
Sockelbaugruppe in das offene Ende des Gefäßes eingesetzt und daran gesichert
wird. Der Sockel 42 und das Heizelement 59 wirken
mit dem Gefäß 61 zusammen,
um den Ladungshohlraum 58 zu bilden. In jeder anderen Hinsicht
gleicht die Ausführung
in 7 in der Struktur und Funktion den Ausführungen,
die bereits mit Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben
wurden.
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Die
Technologie, die vorangehend beschrieben wird, kann zur Anwendung
gebracht werden, um Öffner
für Druckgasbehälter 100 herzustellen,
wie in 8 gezeigt wird, die eine Seitenansicht, teilweise herausgebrochen,
von einem Gasgenerator entsprechend der vorliegenden Erfindung ist,
der als ein Öffner
für einen
Druckgasbehälter
eingesetzt wird. Es wird verstanden, dass ein Gasgenerator entsprechend
einer jeden der Ausführungen
bereits zum Einsatz gebracht werden kann, um einen Druckgasbehälter in
der Art und Weise zu öffnen,
die gerade beschrieben wird. Vorzugsweise weist der polymere Gasgeneratorkörper einen
eingeschnürten
Abschnitt 17 auf, der durch einen polymeren Verschluss 34 verschlossen
wird, wie es vorangehend beschrieben wird. Die Aktivierung der Zündeinrichtung 50A und die
Verbrennung der Gaserzeugungssubstanz 48 erfolgen, wie
es vorangehend beschrieben wird. Während sich der Gasdruck innerhalb
der Brennkammer aufbaut, zerreißt
der polymere Verschluss und gestattet, dass ein Strahl des heißen Verbrennungsgases
den Öffner
verlässt,
wobei es auf eine Berstscheibe 82 auftrifft. Die Berstscheibe 82 hält das Druckgas
in der Druckgasbehälterkammer 88.
Wenn der Strahl des heißen
Gases auf die Berstscheibe 82 auftrifft, erfolgt ein Bruch
infolge der thermischen Beanspruchung, des Schmelzens oder der Kraft
des Gases, das auf die Berstscheibe auftrifft. Ein Bruch der Berstscheibe
gestattet, dass das Druckgas durch die Austrittsöffnungen 86 austritt,
um einen Airbag oder eine andere Sicherheitsvorrichtung aufzublasen oder
für irgendeine
andere geeignete Verwendung des Druckgases.
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8A ist
eine Seitenansicht, teilweise herausgebrochen, von einem weiteren
Gasgenerator entsprechend der vorliegenden Erfindung, der als ein Öffner für einen
Druckgasbehälter 100 in
der gleichen Weise eingesetzt wird, wie es vorangehend mit Bezugnahme
auf 8 beschrieben wird. Der Gasgenerator, der bei
dieser Ausführung
eingesetzt wird, gleicht dem, der in 8 gezeigt
wird, außer
dass die rohrförmige
Brennkammerwand 116 der Zündeinrichtungsunterbaugruppe 102 kürzer ist
als bei den anderen hierin offenbarten Ausführungen. Der polymere Verschluss 101 ist
jedoch größer als
bei den anderen hierin offenbarten Ausführungen. Die Gaserzeugungssubstanz 48 wird
im gefäßförmigen polymeren Verschluss 101 angeordnet,
und danach wird die Zündeinrichtungsunterbaugruppe 102 mit
dem polymeren Verschluss 101 montiert, wobei die rohrförmige Brennkammerwand 116 innerhalb
des polymeren Verschlusses angeordnet wird. Auf diese Weise wird eine
Brennkammer, die eine Gaserzeugungssubstanz enthält, durch den polymeren Gasgeneratorkörper, die
Zündeinrichtung
und den polymeren Verschluss wie bei den anderen Ausführungen
definiert.
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Die
Funktion eines Gasgenerators entsprechend den Ausführungen
der Erfindung kann mit Bezugnahme auf 3, 4 und 12 beschrieben werden. 12 ist
eine Längsschnittdarstellung
der in 4 gezeigten Zündeinrichtung,
nachdem sie benutzt wurde, um Gas zu erzeugen. Sobald er in der geeigneten
Fahrzeuginsassensicherheitsvorrichtung installiert ist, bleibt der
Gasgenerator 10A in einem nicht aktivierten Zustand, bis
ein Aktivierungssignal von der elektrischen Schaltung des Fahrzeuges empfangen
wird. Wenn ein vorgegebener Schwellenwert für eine Abbremsung überschritten
wird, oder wenn ein Fahrzeug in einer Aufprallsituation ist, sendet
ein Sensor (nicht gezeigt) einen elektrischen Strom durch einen
Draht 94 und elektrischen Verbinder 93 zur Zündeinrichtung 50A.
Der elektrische Strom wird von den elektrischen Anschlussstiften 66, 68 aufgenommen.
Der elektrische Strom bewegt sich durch die Stifte und das Heizelement 59.
Der elektrische Strom erwärmt
das Heizelement, das dann wiederum das primäre pyrotechnische Material 60 zündet. Die
Zündung
der Zündeinrichtungsladung 60 zerreißt die Dichtung 40 des
Ladungshohlraumes 54 der Zündeinrichtung 50A.
Die heiße
Temperatur des verbrannten primären
pyrotechnischen Materials 60 zündet dann die in der Brennkammer 46 angeordnete Gaserzeugungssubstanz 48.
Während
die Gaserzeugungssubstanz verbrennt, bewirken die Heißgase, dass
der Druck innerhalb der Kammer ansteigt. Dieser erhöhte Druck
bewirkt, dass der polymere Verschluss 34 zerreißt oder
von der Zündeinrichtungsunterbaugruppe 14 abreißt. Das
Gas entweicht dann und bewegt einen dazugehörenden Kolben eines Gurtstraffersystems
oder einer anderen Sicherheitsvorrichtung oder öffnet einen Behälter, der
Gas enthält.
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Um
einen Gasgenerator entsprechend der vorliegenden Erfindung herzustellen,
wird ein Kunststoffspritzgießverfahren
genutzt, das im Fachgebiet gut bekannt ist. Eine Form (nicht gezeigt)
wird bereitgestellt und in einer Spritzgießvorrichtung (nicht gezeigt)
positioniert. Die Zündeinrichtung 50, 50A, 50C oder
die Sockelbaugruppe 50B wird bei Benutzung eines Positioniermechanismus 80 in
der Form positioniert. Wie am besten in 3 und 5 gezeigt wird,
ist der Positioniermechanismus 80 eine Aussparung, die
zwischen und unterhalb des ersten und zweiten elektrischen Stiftes 66, 68 angeordnet
ist. Der Positioniermechanismus 80 richtet die elektrischen
Anschlussstifte in der Form richtig aus, bevor das Polymer darin
eingespritzt wird, um die Zündeinrichtungsunterbaugruppe 14 zu
bilden. Sobald diese Bauteile in Position sind, wird die Form geschlossen. Ein
geschmolzenes, fließfähiges polymeres
Material wird dann in die Form eingespritzt. Das polymere Material
fließt
um die Zündeinrichtung 50, 50A, 50C oder die
Sockelbaugruppe 50B, um eine Zündeinrichtungsunterbaugruppe
zu bilden. Sobald das polymere Material ausreichend abgekühlt ist,
wird die Zündeinrichtungsunterbaugruppe
aus der Form freigegeben. Die Brennkammer 46 wird dann
mit einer Gaserzeugungssubstanz 48 gefüllt. Sobald die Brennkammer
angemessen gefüllt
wurde, wird der polymere Verschluss 34 hermetisch zur Brennkammerwand 16 abgedichtet.
Wenn sie nicht in die Zündeinrichtungsunterbaugruppe
durch Spritzgießen
eingebracht wurde, wird die Kurzschlussklemme 76 am Gasgenerator
befestigt, um ein vorzeitiges Zünden
des gleichen zu verhindern. Sobald der Gasgenerator zu seiner Installationsstelle
transportiert wurde, wird die erforderliche elektrische Schaltung
dann mit dem ersten und zweiten Stift 66, 68 der
Zündeinrichtung
des Gasgenerators verbunden.
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Bei
der vorgegebenen Geometrie der vorliegenden Erfindung ist ein Gaserzeugungssubstanzverstärker nicht
erforderlich, um die Gaserzeugungssubstanz zu zünden. Wenn die Ladung der Zündeinrichtung
aufblitzt, wird genug Wärmeenergie
erzeugt, um die in der Kammer angeordnete Gaserzeugungssubstanz
zu zünden.
Natürlich
kann ein Gaserzeugungssubstanzverstärker in Verbindung mit der Gaserzeugungssubstanz
genutzt werden, ist aber nicht absolut erforderlich.
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Wie
es vorangehend erwähnt
wird, wurden polymere Gasgeneratoren wegen der heftigen Beanspruchung
entwickelt, die die Verbrennung der Gaserzeugungssubstanz auf die
Struktur ausübt. Gasgeneratoren
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wurden mit glasfaserverstärktem Nylon
6/6 als das polymere Material hergestellt. Ein mögliches Problem bei diesem
polymeren Material ist, dass es etwas feuchtigkeitsdurchlässig sein
kann, was bei einigen gaserzeugenden Materialien nachteilig sein
kann. Weitere polymere Materialien, von denen man glaubt, dass sie
in der Praxis der vorliegenden Erfindung nützlich sind, sind: Acrylnitril-Butadien
(ABS), Polyetheramide (Ultem( R )), Polyphenylinoxid (Norel( R )) und Polyarylamid.
Natürlich
kann irgendein anderes geeignetes polymeres Material verwendet werden,
das Hochtemperatureigenschaften aufweist, die während der Verbrennungsphase
nicht zum Versagen führen.
Sobald der Aufprallsensor ein Signal an den Gasgenerator 10 sendet,
steigt der Druck darin von Null auf etwa 422 Kilogramm pro Quadratzentimeter
in annähernd
sechs bis vierzehn Millisekunden an.