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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von
elektrischen Initiatoren und insbesondere auf einen elektrischen
Initiator, der mit Schlamm beladbar ist.
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Hintergrund
der Erfindung
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Elektrische
Initiatoren werden in einer breiten Vielzahl von Anwendungen verwendet.
Im Allgemeinen verwenden diese Initiatoren ein pyrotechnisches Material,
das in einem Typ eines Gehäuses enthalten
ist, und einen Überbrückungsdraht
oder Ähnliches,
um das pyrotechnische Material zu der geeigneten Zeit zu entzünden. Der Überbrückungsdraht
bildet üblicherweise
eine Schnittstelle mit dem pyrotechnischen Material und ist Teil
einer geschlossenen elektrischen Schaltung. Als solches, wenn ein Strom
durch den Überbrückungsdraht
fließt,
erwärmt sich
der Überbrückungsdraht
und entzündet
das pyrotechnische Material. Die Ausgabe aus der Verbrennung des
pyrotechnischen Materials kann dann eine Vielzahl von Funktionen
bereitstellen.
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Elektrische
Initiatoren werden häufig
bei etwas verwendet, das als Hochzuverlässigkeitsanwendungen charakterisiert
werden kann, wie zum Beispiel bei selbstbewegenden, aufblasbaren
Sicherheitssystemen. Das heißt,
diese Typen von Initiatoren sind häufig Teil eines Systems, das
menschliche Sicherheitsaspekte umfasst, insofern, dass wenn eine
Art eines Verhaltensausfalls vorliegt, die Sicherheit von Menschen
in Gefahr sein kann. Faktoren, die für das Verhalten von elektrischen
Initiatoren kritisch sind, umfassen das Beibehalten einer ordnungsgemäßen Schnittstelle
zwischen dem Überbrückungsdraht
und dem pyrotechnischen Material (z. B. derart, dass ein guter Kontakt
zwischen denselben für
eine Zündung
vorliegt) und die strukturelle Integrität des Überbrückungsdrahts, derart, dass
die elektrische Zündschaltung
geschlossen bleibt (z. B., um das Potenzial für eine Unterbrechung des Überbrückungsdrahts
zu reduzieren).
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Zusätzlich zu
dem Bedarf nach einem umfassenden Aspekt der „Qualitätskontrolle" bei elektrischen Initiatoren, die bei
Hochzuverlässigkeitsanwendungen
verwendet werden, besteht ferner ein Bedarf zum Beibehalten von
angemessenen Sicherheitsmaßnahmen,
die der Herstellung dieser Typen von Initiatoren zugeordnet sind.
In manchen Fällen kann
das pyrotechnische Material, das bei dem elektrischen Initiator
verwendet wird, Sicherheitsbedenken bei der Herstellung dieser Typen
von Initiatoren darstellen. Zum Beispiel können einer oder mehrere der
individuellen Bestandteile des pyrotechnischen Materials gefährlich für das Personal
zum Handhaben in einer oder mehreren Formen sein (z. B. können bestimmte
Bestandteile empfindliche Sprengstoffe in Pulver- oder Korn-Form sein). Ferner kann auch
die Art und Weise, wie das pyrotechnische Material vorbereitet wird,
Personalsicherheitsbedenken darstellen (z. B. kann das Mischen und
Handhaben von einem oder mehreren Bestandteilen in trockener Form
gefährlich
sein).
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Das
Dokument GB-A-2049651 beschreibt einen Prozess zum Anwenden einer
pyrotechnischen oder explosiven Zusammensetzung an eine Oberfläche. Dieser
Prozess verwendet Siebdrucktechniken, um gedruckte Schichten einer
pyrotechnischen Zusammensetzung zu erzeugen, mit reproduzierbarer Dicke.
Ferner kann derselbe Prozess beim Vorbereiten von elektrischen Zündern verwendet
werden, bei denen eine nicht leitfähige Zünderzusammensetzung an einem
Abschnitt eines Leiters auf einer gedruckten Schaltungsplatine angelegt
wird und der Abschnitt des Leiters beim Durchlaufen eines Stroms warm
wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf schlammbeladbare
elektrische Initiatoren. Ein Aspekt ist ein Verfahren zum Anordnen
eines elektrischen Initiators, dass das Laden einer pyrotechnischen
Materialzusammensetzung in Schlammform in einen Chargen-Halter oder
ein -Gehäuse
umfasst. Zumindest zwei Bestandteile für das pyrotechnische Material
werden in Suspension in dem Schlamm gehalten (z. B. ein Kraftstoff
und ein Oxidationsmittel). Eine Zündungsanordnung, die zumindest
einen isolierten, elektrisch leitfähigen Stift und einen Überbrückungsdraht
in Kontakt mit demselben umfasst, ist benachbart zu dem pyrotechnischen
Material angeordnet und ist ordnungsgemäß mit dem Chargengehäuse verbunden.
Die Zündungsanordnung
umfasst üblicherweise
eine andere elektrische Verbindung, wie zum Beispiel eine Hülle oder
ein Gehäuse,
das mit dem Chargengehäuse
und/oder dem Kopf (z. B. derart, dass der Initiator einen einzelnen, zentral
angeordneten Stift haben kann), oder alternativ mit einem zweiten,
elektrisch leitfähigen
Stift, verbunden ist.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum
Anordnen eines elektrischen Initiators, das das Bereitstellen von
zumindest zwei separaten Schlämmen
zu einem Mischer umfasst. Jeder dieser Schlämme weist zumindest ein Bestandteil
für ein
pyrotechnisches Material auf. Die Schlämme werden in dem Mischer vermischt,
um einen pyrotechnischen Materialschlamm zu bilden, der dann in
einen Chargen-Halter oder ein -Gehäuse eingebracht wird. Eine
Zündungsanordnung
des oben beschriebenen Typs wird dann benachbart zu dem pyrotechnischen
Material angeordnet und ist geeignet mit dem Gehäuse verbunden.
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Bei
jeder der oben beschriebenen Methoden kann der Schlamm oder die
Schlämme,
die darin beschrieben sind, derart gekennzeichnet sein, dass sie relativ
zähflüssig sind
(z. B. eine Zähflüssigkeit
von zumindest 500 000 Zentipoise und üblicherweise zwischen ungefähr 800 000
Zentipoise und ungefähr 2
000 000 Zentipoise). Diese Art von Zähflüssigkeit liefert eine Anzahl
von wünschenswerten
Funktionen in Bezug auf schlammbeladene elektrische Initiatoren
gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel trägt die Zähflüssigkeit des Schlamms oder
der Schlämme,
die der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind, zu dem Beibehalten
der erwähnten
Bestandteile vorzugsweise in einer im Wesentlichen einheitlichen
Suspension innerhalb des zugeordneten Schlamms oder der Schlämme für eine gewünschte Zeitperiode
bei. Ferner ermöglichen
die Zähflüssigkeiten,
die den schlammbeladenen elektrischen Initiatoren der vorliegenden
Erfindung zugeordnet sind, das Erreichen einer gewünschten
Abweichung oder Beibehalten einer gewünschten Oberflächenkonfiguration
des pyrotechnischen Materials, das eine Schnittstelle mit dem Überbrückungsdraht
bildet. Genauer gesagt sind die nicht-newtonische Rheologie oder
die Zähflüssigkeit, die
den schlammbeladenen elektrischen Initiatoren der vorliegenden Erfindung
zugeordnet sind derart, dass der Schlamm am Ende der Schlammlast „abreißt" oder „abbricht" und nicht „gestreckt
wird", wie bei niedrigerer
Zähflüssigkeit,
wie es mehrere newtonische Fluide tun. Als solches ist die Größe von einem
oder mehreren erhöhten
Abschnitten auf der Oberfläche
des pyrotechnischen Materials innerhalb eines Bereichs, der das
Potenzial zum Unterbrechen des Überbrückungsdrahts
reduziert, wenn derselbe eine Schnittstelle mit dem pyrotechnischen
Material bildet.
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Die
Zähflüssigkeiten,
die für
die schlammbeladenen elektrischen Initiatoren verwendet werden, die
der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind, schafft weitere Vorteile.
Zum Beispiel minimieren diese Typen von Zähflüssigkeiten ferner das Schrumpfen
des pyrotechnischen Materialschlamms, wenn sich derselbe in dem
Chargen-Halter oder -Gehäuse befindet.
Beide der oben beschriebenen Methoden können ferner den Schritt des
Trocknens des pyrotechnischen Materialschlamms vor dem Installieren der
Zündungsanordnung
umfassen. Das Minimieren des Schrumpfens ist wünschenswert in Bezug auf das
Beibehalten einer erwünschten
Schnittstelle zwischen dem Überbrückungsdraht
und dem pyrotechnischen Material.
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Die
Zähflüssigkeit
der schlammbeladenen elektrischen Initiatoren, die der vorliegenden
Erfindung zugeordnet ist, ist ebenfalls vorteilhaft in Bezug auf
die Gewichtskontrolle des pyrotechnischen Materials in dem Chargen-Halter
oder -Gehäuse.
Dies bezüglich
können
beide der oben beschriebenen Methoden ferner den Schritt des Verwendens
einer Verdrängungspumpe
umfassen, um den pyrotechnischen Materialschlamm in das Chargengehäuse zu laden.
Durch Steuern der Zähflüssigkeit
des Schlamms oder der Schlämme,
die bei den oben erwähnten
Methoden verwendet werden, und durch Verwenden einer Verdrängung zum
Laden des Schlamms in den Chargen-Halter oder das -Gehäuse, kann die Genauigkeit der
Menge des pyrotechnischen Materials, das in das Chargen-Gehäuse geladen
wird, bedeutend verbessert werden.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen
elektrischen Initiator, der schlammbeladen sein kann, gemäß den oben
beschriebenen Methoden. Der Initiator umfasst einen Chargenhalter
(z. B. im Allgemeinen becherförmig) mit
einem geeigneten pyrotechnischen Material in demselben. Ein Kopf
ist zumindest teilweise in dem Chargenhalter angeordnet und weist
zumindest einen elektrisch leitfähigen
Stift auf, der sich durch denselben erstreckt, der von dem Kopf
durch einen elektrischen Isolator isoliert ist. Der Stift stellt
einen elektrischen Verbinder für
den Kopf bereit.
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Ein Überbrückungsdraht
ist auf der Fläche des
Kopfes angeordnet, die in Wechselwirkung mit dem pyrotechnischen
Material ist, und ist an dem Stift und dem Kopf angebracht, um dieselben
elektrisch zu verbinden. Strom, der durch den Stift und den Überbrückungsdraht
fließt,
erwärmt
den Überbrückungsdraht,
um das pyrotechnische Material zu entzünden. Um die elektrische Schaltung
zu schließen und
einen anderen elektrischen Verbinder für den Initiator bereitzustellen,
wird ein elektrisch leitfähiges Gehäuse oder
eine Umhüllung
mit dem Kopf verbunden. Dies kann bereitgestellt werden durch eine Quetschverbindung
oder Crimpverbindung, die bewirkt werden kann, durch Bereitstellen
einer ringförmigen
Rille in dem Kopf, Installieren eines Endes der Umhüllung in
derselben (z. B. Einschließen
eines Abschnitts der Umhüllung,
der über
sich selbst gefaltet ist) und Quetschen des Kopfs auf die Umhüllung. Dies
schafft eine wünschenswerte „robuste" Verbindung zwischen
dem Kopf und dem Umhüllungsverbinder.
Dieses Gehäuse
oder diese Umhüllung
kann ebenfalls ein geflanschter Ring sein, der an den Kopf und den
Chargenhalter gleichzeitig geschweißt ist (z. B. derart, dass
alle drei Komponenten durch eine einzelne, kreisförmige oder
Umfangs-Schweißung
verbunden sind).
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittsansicht von einem Ausführungsbeispiel eines schlammbeladenen elektrischen
Initiators;
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2 ist
ein Blockdiagramm einer Methode zum Schlammbeladen des Initiators
aus 1;
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3 ist
eine Querschnittsansicht eines Chargenbechers eines elektrischen
Initiators nach dem Laden des pyrotechnischen Materialschlamms;
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4 ist
eine Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines elektrischen
Initiators, der schlammbeladen sein kann;
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5 ist
eine Querschnittsansicht einer Anordnung zum schnittstellenmäßigen Verbinden
des Initiators aus 1 mit der Endverwendungsstruktur;
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6 ist
eine Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines elektrischen
Initiators, der schlammbeladen sein kann; und
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7 ist
eine Querschnittsansicht einer Anordnung zum schnittstellenmäßigen Verbinden
des Initiators aus 6 mit einer Endverwendungsstruktur.
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Detaillierte
Beschreibung
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Die
vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, die die Darstellung der verschiedenen zugehörigen Merkmale
der vorliegenden Erfindung unterstützen. Ein elektrischer Initiator 2 ist
in 1 offenbart und umfasst einen geeignet konfigurierten
Adapter 6 zum Befestigen des Initiators 2 an der
gewünschten
Struktur (z. B. einer Aufblaseeinrichtung eines selbsttätigen aufblasbaren
Sicherheitssystems). Der Initiator 2 umfasst einen metallischen
(z. B. Edelstahl-) Chargenhalter oder Becher 14, der ein
geeignetes pyrotechnisches Material 38 enthält. Ein
Metallkopf 22 ist in dem offenen Ende des Chargenbechers 14 angeordnet
und grenzt an die untere Oberfläche
des pyrotechnischen Materials 38 an. Der Kopf 22 weist
ferner eine im Wesentlichen planare obere Oberfläche 24a und untere
Oberfläche 24b und
eine im Wesentlichen zylindrisch geformte Außenwand 25 auf. Der
Kopf 22 weist eine zentral angeordnete Öffnung auf, die einen koaxialen,
zentral angeordneten, elektrisch isolierten leitfähigen Stift 30 häust. Eine
Glas-zu-Metall-Abdichtung 26 ist zwischen dem Stift 30 und
dem Kopf 32 vorgesehen.
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Das
Ende des Stifts 30 ist mit einem Überbrückungsdraht 34 verbunden,
der sich von dem Stift 30 über die Glas-zu-Metall-Dichtung 26 und
in Eingriff mit der oberen Oberfläche 24a des Kopfs 22 erstreckt.
Der Überbrückungsdraht 34 kann
an sowohl dem Stift 30 als auch den Kopf 22 geschweißt sein. Ein
metallischer Ring 18 ist an die untere Oberfläche 24b des
Kopfs 22 geschweißt,
um die geschlossene elektrische Schaltung zu schließen. Eine
Nylonisolatorhülse 10 ist
zwischen dem Adapter 6 und dem Chargenbecher 14/Kopf 22/Ring 18 angeordnet,
um den Adapter 6 von denselben zu isolieren. In Betrieb fließt ein elektrischer
Strom zu dem Stift 30 durch den Überbrückungsdraht 34 über den
Kopf 22 und zu dem Ring 18, um den Überbrückungsdraht 34 zu
erwärmen
und das pyrotechnische Material 38 zu entzünden.
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Es
gibt eine Anzahl von Merkmalen, die in Bezug auf den Initiator 2 erwähnt werden
sollten. Der Initiator 2 ist geeignet für Hochzuverlässigkeitsanwendungen,
die als Anwendungen bezogen auf die menschliche Sicherheit definiert
sein können.
Ferner ist der Kopf 22 aus einer Stanz- und Präge-Operation gebildet.
Ferner darf das Verhältnis
der Länge
des pyrotechnischen Materials 38 (entlang der Mittelachse)
zu dem Durchmesser des pyrotechnischen Materials 38 in
dem Chargenbecher 14 nicht größer sein als ungefähr 0,5 :
1 und kann in vielen Fällen
geringer sein als ungefähr
0,25 : 1. Schließlich
verwendet der Initiator 2 einen einzelnen, koaxial angeordneten
Stift 30, der den Bedarf für den Initiator 2 beseitigt,
in einer vorbestimmten „Winkel-" Position zu sein,
wenn derselbe installiert wird, sowie den Bedarf nach einer „Antidreh-" Struktur während Herstellungsoperationen.
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Ein
anderes Ausführungsbeispiel
eines schlammbeladbaren elektrischen Initiators ist in den 4–5 offenbart.
Der Initiator 74 umfasst einen Metallchargenhalter oder
-becher 78, der ein geeignetes pyrotechnisches Material 102 enthält. Ein
Metallkopf 82 ist in dem offenen Ende des Chargenbechers 78 angeordnet
und grenzt an die obere Oberfläche
des pyrotechnischen Materials 102 an. Der Kopf 82 weist
eine zentral angeordnete Öffnung
auf, die einen koaxialen, zentral angeordneten, elektrisch isolierten
und leitfähigen
Stift 94 häust.
Eine Glas-zu-Metall-Abdichtung 90 ist zwischen dem Stift 94 und
dem Kopf 82 vorgesehen, um die Isolierung zwischen dem
Kopf 82 und dem Stift 94 bereitzustellen.
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Das
Ende des Stifts 94 ist mit einem Überbrückungsdraht 98 verbunden,
der sich von dem Stift 94 über die Glas-zu-Metall-Abdichtung 90 und
in Eingriff mit der Oberfläche
des Kopfes 82 erstreckt, die eine Schnittstelle mit dem
pyrotechnischen Material 102 bildet. Diese Oberfläche des
Kopfes 82 ist im Wesentlichen planar. Der Überbrückungsdraht 98 kann
sowohl an den Stift 94 als auch den Kopf 82 geschweißt sein.
Strom kann daher durch den Stift 94, über die Glas-zu-Metall-Abdichtung 90 über den Überbrückungsdraht 98,
um seine Temperatur zu erhöhen,
um das pyrotechnische Material 102 zu entzünden, und
in den Körper
des Kopfes 82 fließen.
Die elektrische Schaltung wird durch eine Umhüllung 86 geschlossen,
die eine Schnittstelle mit dem Kopf 82 bildet. Der Stift 94 und
die Umhüllung 86 schaffen zwei
elektrische Verbindungen für
den Initiator 74, wobei keine derselben erfordert, dass
der Initiator 74 in einer bestimmten Winkelausrichtung
vorliegt.
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Die
Umhüllung 86 ist
mit dem Kopf 82 durch eine Quetschverbindung verbunden.
Ein Endabschnitt 88 der Umhüllung 86 ist über sich
selbst gefaltet und in dem Schlitz 80 angeordnet, der in
dem Kopf 82 gebildet ist. Wenn die Umhüllung 86 in diesen
Schlitz 80 installiert ist, ist der Endabschnitt 84 des
Kopfes 82 nach innen hin zu dem zentral angeordneten Stift 94 gequetscht.
Das Ende des Chargenbechers 78 kann auf ähnliche
Weise radial nach innen abgelenkt und an dem Kopf durch eine Umfangsschweißung 114 angebracht
sein.
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Bezug
nehmend auf 5, wo der oben beschriebene
Abschnitt des Initiators 74 nur allgemein gezeigt ist,
kann der Initiator 74 ferner einen geeignet konfigurierten
Adapter 106 zum Befestigen des Initiators 74 an
der gewünschten
Struktur umfassen (z. B. eine Aufblaseeinrichtung eines selbsttätigen aufblasbaren
Sicherheitssystems). Ferner kann eine Nylonisolatorhülse 110 zwischen
dem Adapter 106 und dem Chargenbecher 78/dem Kopf 82 angeordnet sein,
um den Adapter 106 von denselben zu isolieren. Ferner kann
eine becherförmige
Hülse 118 über dem
Chargenbecher 78 angeordnet sein, um eine elektrische Isolierung
für das
Ende des Chargenbechers 78 bereitzustellen.
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Ein
anderes Ausführungsbeispiel
eines schlammbeladbaren elektrischen Initiators ist in 6–7 offenbart.
Der Initiator 124 umfasst einen Metallchargen-Halter oder
-Becher 128, der ein geeignetes pyrotechnisches Material 152 enthält. Ein Metallkopf 132 ist
in dem offenen Ende des Chargenbechers 128 angeordnet und
grenzt an die obere Oberfläche
des pyrotechnischen Materials 152 an. Der Kopf 132 weist
eine zentral angeordnete Öffnung auf,
die einen koaxialen, zentral angeordneten, elektrisch isolierten
und leitfähigen
Stift 144 häust.
Eine Glas-zu-Metall-Abdichtung 140 ist zwischen dem Stift 144 und
dem Kopf 132 vorgesehen, um die Isolierung zwischen dem
Kopf 132 und dem Stift 144 bereitzustellen.
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Das
Ende des Stifts 144 ist mit einem Überbrückungsdraht 148 verbunden,
der sich von dem Stift 144, über die Glas-zu-Metall-Abdichtung 140 und
in Eingriff mit der Oberfläche
des Kopfes 132 erstreckt, die eine Schnittstelle mit dem
pyrotechnischen Material 152 bildet. Diese Oberfläche des
Kopfes 132 ist im Wesentlichen planar. Der Überbrückungsdraht 148 kann
sowohl an den Stift 144 als auch den Kopf 132 geschweißt sein.
Strom kann daher durch den Stift 144, über die Glas-zu-Metall-Abdichtung 140 über den Überbrückungsdraht 148,
um seine Temperatur zu erhöhen,
um das pyrotechnische Material 152 zu entzünden, und
in den Körper des
Kopfes 132 fließen.
Die elektrische Schaltung wird durch eine Umhüllung 136 geschlossen,
die eine Schnittstelle mit sowohl dem Kopf 132 als auch
dem Chargenbecher 128 bildet. Der Stift 144 und
die Umhüllung 136 liefern
zwei elektrische Verbindungen für den
Initiator 124, wobei keine derselben erfordert, dass der
Initiator 124 oder der ent sprechende externe Verbinder
in einer bestimmten Winkelausrichtung um die Stiftmittellinie vorliegen.
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Die
Umhüllung 136 ist
sowohl mit dem Chargenbecher 128 als auch dem Kopf 132 durch
eine kreisförmige
oder Umfangs-Schweißung 164 verbunden.
Ein Endabschnitt 138 der Umhüllung 136 ist allgemein
senkrecht zu seiner Seitenwand 134 und kann als ein Flansch
charakterisiert sein. Der Endabschnitt 138 grenzt sowohl
an das Ende des Kopfes 132 als auch das Ende des Chargenbechers 128 derart
an, dass eine einzelne Schweißung 164 verwendet
werden kann, um diese drei Elemente zu verbinden.
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Bezug
nehmend auf 7, wo der oben beschriebene
Abschnitt des Initiators 124 nur allgemein gezeigt ist,
kann der Initiator 124 ferner einen geeignet konfigurierten
Adapter 156 umfassen, zum Befestigen des Initiators 124 an
der gewünschten
Struktur (z. B. eine Aufblaseinrichtung eines selbsttätigen aufblasbaren
Sicherheitssystems). Ferner kann eine Nylonisolatorhülse 160 zwischen
dem Adapter 156 und dem Chargenbecher 128/dem
Kopf 132 angeordnet sein, um den Adapter 156 von
denselben zu isolieren. Ferner kann eine becherförmige Hülse 160 über dem
Chargenbecher 128 angeordnet sein, um eine elektrische
Isolierung für
das Ende des Chargenbechers 128 bereitzustellen.
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Das
pyrotechnische Material 38 des Initiators 2 aus 1 kann
schlammbeladen sein, sowie das pyrotechnische Material 102 des
Initiators 74 und das pyrotechnische Material 152 des
Initiators 124. Der Bequemlichkeit halber wird das Schlammbeladen, das
von der vorliegenden Erfindung beabsichtigt ist, in Bezug auf den
Initiator 2 beschrieben. Im Allgemeinen werden ein Kraftstoffschlamm
und ein Oxidationsmittelschlamm separat vorbereitet, und diese Schlämme werden
miteinander vermischt, vorzugsweise an den Punkt der Verwendung,
in einen pyrotechnischen Materialschlamm. Dieser pyrotechnische
Materialschlamm wird dann in den Chargenbecher 14 geladen.
Der pyrotechnische Materialschlamm wird üblicherweise zu dem pyrotechnischen Material 38 getrocknet
und die angeordnete Zündungsanordnung
(z. B. der Kopf 22 mit dem Überbrückungsdraht 34 geschweißt an den
Stift 30) wird an der geeigneten Schnittstelle des Überbrückungsdrahts 34 und
des pyrotechnischen Materials 38 installiert. Diese angeordnete
Zündungsanordnung kann
tatsächlich
verwendet werden, um das pyrotechnische Material 38 in
dem Chargenbecher 14 zu komprimieren und diese Komprimierung
beizubehalten, bis die Verbindung zwischen dem Kopf 22 und dem
Becher 14 eingerichtet ist.
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Bezug
nehmend auf 2 kann ein Kraftstoffschlamm
an der Schlammstation 42 vorbereitet werden und ist eine
einfache Suspension (z. B. Feststoffkraftstoff(e), die in dem Kraftstoffschlamm
suspendiert und im Wesentlichen gleichmäßig in dem Kraftstoffschlamm
verteilt sind). Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Zirkonium-basiert und umfasst ungefähr 100 Teile Zirkonium, ungefähr 66,7
Teile RDX (Hexahydrotrinitrotriazin), ungefähr 0,5 Teile HPC (Hydropropylzellulose)
und ungefähr
40 Teile IPA (Isopropylalkohol). Das Zirkonium ist ein Kraftstoff
in der Verbrennungsreaktion, die aus der Aktivierung des Initiators 2 resultiert
(für eine
Reaktion mit dem Kaliumperchlorat in dem Oxidationsmittelschlamm,
die nachfolgend erörtert
wird), und ist in dem Kraftstoffschlamm suspendiert. Ein zweites
Ausführungsbeispiel
ist 100 Teile Zirkonium, 0,2 Teile HPC und 20 Teile IPA. Andere
Kraftstoffe, die in dem Kraftstoffschlamm verwendet werden können, umfassen
Titanium, Metallhydride, Bor, Aluminium, Hafnium und Magnesium.
Das RDX ist ferner ein Kraftstoff, der eine hohe Gasausgabe oder
eine Druckwelle nach der Aktivierung des Initiators 2 liefert
(z. B. einen „internen" Aktivator), und
ist im Wesentlichen in dem Kraftstoffschlamm suspendiert. Andere
Aktivatoren, die in dem Kraftstoffschlamm verwendet werden können, umfassen
HMX (cyclotetramethylentetrani-tramin), PETN, Nitroguanidin, 5-Aminotetrazol und
nicht explosive organische Materialien, wie zum Beispiel Zellulosen,
Polyethylene, Kohlenstoff, etc.
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Die
HPC ist ein Bindemittel für
das pyrotechnische Material 38 in dem Initiator 2,
schafft eine gewünschte
Zähflüssigkeit
für den
Kraftstoffschlamm und reduziert ein Schrumpfen des pyrotechnischen Materialschlamms
beim Trocknen in das pyrotechnische Material 38, wie nachfolgend
detaillierter erörtert
wird. Gegenwärtig
wird Grade Aqualon MV HPC für
die vorliegende Erfindung verwendet. Alternative Bindemittel, die
in dem Kraftstoffschlamm verwendet werden können, umfassen andere Zellulosen
und andere Lösungsmitteldispersible
Zähflüssigkeitsaufbauzusätze (Polymere
oder Hochoberflächenbereichsmaterialien,
wie zum Beispiel verdunstetes Silika). Der IPA ist ein Lösungsmittel
und üblicherweise wird
die HPC zuerst in dem IPA aufgelöst,
bevor das Zirkonium und das RDX zu dem IPA hinzugefügt werden.
Andere Lösungsmittel,
die in Kraftstoffschlamm verwendet werden können, umfassen andere Alkohole,
Ester, Wasser und Ketone, Lösungsmittel
und verschiedene Kombinationen derselben.
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Zu
Zwecken der vorliegenden Erfindung können der Kraftstoff (z. B.
2-Mikrometer-Zirkoniumpulver), Aktivator (5-Mikrometer-Partikelgröße-RDX-Pulver)
und ein Bindemittel in der Form eines Pulvers verwendet werden.
Der Kraftstoff, der Aktivator und das Bindemittel werden jeweils
an der Schlammstation 42 gewogen und entsprechend mit dem
Lösungsmittel
vermischt. Wie erwähnt
wurde, kann es wünschenswert
sein, zuerst die HPC in dem IPA zu lösen. Nachfolgend können das
Zirkonium und der RDX in den IPA gemischt werden.
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Die
Zähflüssigkeit
des pyrotechnischen Materialschlamms und somit des Kraftstoffschlamms
ist wichtig für
einen oder mehrere Aspekte, die dem Schlammbeladen des Initiators 2 zugeordnet
sind. Zum Beispiel beeinträchtigt
die Zähflüssigkeit
des pyrotechnischen Materialschlamms das Laden des pyrotechnischen
Materialschlamms in den Chargenbecher 14, die Verteilung
der Feststoffe (z. B. Kraftstoff(e) und Oxidationsmittel) innerhalb
des pyrotechnischen Material schlamms, die Weise auf die der pyrotechnische
Materialschlamm trocknet (z. B. der Schrumpfungs- und/oder Riss-Betrag), und den
Grad der Kontrolle über
die Menge des pyrotechnischen Materials 38, das in dem
Chargenbecher 14 enthalten ist, wenn Schlamm geladen wird.
Die Zähflüssigkeit
des Kraftstoffschlamms ist üblicherweise
größer als
ungefähr
500 000 Zentipoise und üblicherweise zwischen
ungefähr
800 000 Zentipoise und ungefähr 2
000 000 Zentipoise.
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Viele
Variablen haben eine Wirkung auf die Zähflüssigkeit des Kraftstoffschlamms.
Im Allgemeinen, wenn zu viel Lösungsmittel
(z. B. IPA) in dem Kraftstoffschlamm verwendet wird, ist die Zähflüssigkeit
des Kraftstoffschlamms niedriger als erwünscht. Diese Zähflüssigkeit, „niedriger
als erwünscht", führt zu einem
unerwünschten
Grad an Feststoffabtrennung in dem Kraftstoffschlamm und es besteht
ein unerwünschter
Grad an Schrumpfung des pyrotechnischen Materials, wenn es auf die
nachfolgend beschriebene Weise getrocknet wird. Wenn zu wenig Lösungsmittel
in dem Kraftstoffschlamm verwendet wird, ist der Kraftstoffschlamm
zu zähflüssig und
das Potenzial zum Presstrocknen besteht (Drücken des Lösungsmittels aus dem Kraftstoffschlamm
beim Pumpen). Das Verwenden von zu viel Bindemittel (z. B. HPC)
hat ähnliche
Wirkungen auf den Kraftstoffschlamm wie wenn zu wenig Lösungsmittel
verwendet wird, wohingegen das Verwenden von zu wenig Bindemittel
(z. B. HPC) ähnliche
Wirkungen auf den Kraftstoffschlamm hat als wenn zu viel Lösungsmittel verwendet
wird. Die Menge an Kraftstoff, die in dem Kraftstoffschlamm suspendiert
ist, hat natürlich
auch eine Wirkung auf die Zähflüssigkeit,
aber da die Menge an Kraftstoff in dem Kraftstoffschlamm sich auf das
Erreichen eines gewünschten
Oxidationsmittel-zu-Kraftstoff-Verhältnisses in dem pyrotechnischen
Material 38 bezieht, ist es nicht die primäre Variable,
die zum Steuern der Zähflüssigkeit
des Kraftstoffschlamms verwendet wird. Typische Oxidationsmittel-zu-Kraftstoff-Verhältnisse
für das
pyrotechni sche Material sind zwischen ungefähr 70 : 30 und ungefähr 30 :
70.
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Bezug
nehmend zurück
auf 2 kann ein Oxidationsmittelschlamm bei der Schlammstation 46 vorbereitet
werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist
der Oxidationsmittelschlamm Kaliumperchlorat-basiert und umfasst
ungefähr
80 Gewichtsprozent Kaliumperchlorat, ungefähr 19,6 Gewichtsprozent IPA
(Isopropylalkohol), ungefähr
0,3 Gewichtsprozent HPC (Hydroxypropylzellulose), und ungefähr 0,1 Gewichtsprozent
Cab-O-SilTM. Das Kaliumperchlorat ist das
Oxidationsmittel für
die Verbrennungsreaktion, die aus der Aktivierung des Initiators 2 resultiert
(für eine
Reaktion mit dem Zirkonium und dem RDX aus dem Kraftstoffschlamm).
Andere Oxidationsmittel, die in dem Oxidationsmittelschlamm verwendet
werden können,
umfassen Metall-Nitrate und -Chlorate. Die HPC und der IPA liefern
dieselben Funktionen, wie in Bezug auf den Kraftstoffschlamm erörtert wurde.
Das Cab-O-SilTM wirkt, um die Perchlorate
daran zu hindern, zusammenzukleben, und beeinträchtigt ferner die Zähflüssigkeit.
Daher kann das Cab-O-SilTM als ein Benetzungs-/Zähflüssigkeits-Mittel charakterisiert
werden. Bei einem Ausführungsbeispiel
wird Cab-O-SilTM vom Grad EH-5 verwendet.
Geeignete Alternativen für
das Cab-O-SilTM umfassen andere Materialien
mit hohem Oberflächenbereich
mit Wasserstoffbindungsfähigkeit.
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Zu
Zwecken der vorliegenden Erfindung können das Oxidationsmittel (z.
B. 5-Mikrometer-Kaliumperchloratpulver), das Bindemittel (z. B.
HPC-Pulver), und das Benetzungs-/Zähflüssigkeits-Mittel
(z. B. Cab-O-SilTM) in der Form eines Pulvers
vorliegen. Das Oxidationsmittel, das Bindemittel und das Benetzungs-/Zähflüssigkeitsmittel
werden jeweils trocken an der Schlammstation 46 gewogen.
Wie in dem Fall des Kraftstoffschlamms kann es wünschenswert sein, zuerst die
HPC in dem IPA aufzulösen
und nachfolgend gleichzeitig in dem Kaliumperchlorat und Cab-O-SilTM zu vermischen. Wiederum beeinträchtigt die
Zähflüssigkeit
des pyro technischen Materialschlamms und somit des Oxidationsmittelschlamms
die verschiedenen oben erörterten
Faktoren. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Zähflüssigkeit
des Oxidationsmittelschlamms üblicherweise höher als
ungefähr
500 000 Zentipoise und ist üblicherweise
zwischen ungefähr
800 000 Zentipoise und ungefähr
2 000 000 Zentipoise.
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Nachdem
der Kraftstoff- und Oxidationsmittel-Schlamm separat vorbereitet
wurden, können
sie jeweils zentrifugiert werden (z. B. um Luftblasen aus denselben
zu entfernen. Der Kraftstoffschlamm kann zu der Zentrifugenstation 50 geliefert
werden und den Zentrifugalkräften
von ungefähr
50 „g" bis ungefähr 500 „g" für eine Periode
von ungefähr
30 Sekunden bis ungefähr
5 Minuten ausgesetzt werden, während der
Oxidationsmittelschlamm zu der Zentrifugenstation 54 geliefert
werden kann und Zentrifugalkräften ausgesetzt
werden kann, die von ungefähr
50 „g" bis ungefähr 500 „g" reichen, für eine Zeitperiode
von ungefähr
30 Sekunden bis ungefähr
5 Minuten.
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Nachdem
sie einer Zentrifugation unterzogen wurden, und weiter Bezug nehmend
auf 2, werden die Kraftstoff- und Oxidationsmittel-Schlämme zusammengeführt und
miteinander an einer Mischstation 58 vermischt, um einen
vorzugsweise homogenen pyrotechnischen Materialschlamm bereitzustellen
(z. B., um den oder die festen Kraftstoffe und das oder die Oxidationsmittel
homogen durch den pyrotechnischen Materialschlamm zu verteilen). Vorzugsweise
ist die Zähflüssigkeit
des pyrotechnischen Materialschlamms größer als ungefähr 500 000
Zentipoise und ist wiederum vorzugsweise zwischen ungefähr 800 000
Zentipoise und ungefähr
2 000 000 Zentipoise. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Mischstation 58 ein
statischer Mischer (z. B. ein statischer 10–30-Element-Mischer). Ein statischer Mischer
kann einen gewünschten
Grad an Homogenität
in dem pyrotechnischen Materialschlamm liefern, ermöglicht die
Minimierung der Menge von pyrotechnischem Materialschlamm, die zu
einer Zeit vorbereitet wird (z. B. wird nicht mehr als ungefähr 20 Gramm pyrotechnischer
Materialschlamm zu einer Zeit während
der Herstellung bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung vermischt),
ermöglicht,
dass die Kraftstoff- und Oxidationsmittel-Schlämme kontinuierlich zu der Mischstation 58 geliefert
werden und ermöglicht,
dass die Proportionierung der Kraftstoff- und Oxidationsmittel-Schlämme zu der
Mischstation 58 ein gewünschtes
Oxidationsmittel-zu-Kraftstoff-Verhältnis erreicht
(z. B. zwischen ungefähr
1 : 3 und ungefähr
3 : 1).
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Sobald
der pyrotechnische Materialschlamm vorbereitet ist, wird er zu einer
Ladestation 62 für
den pyrotechnischen Materialschlamm geleitet, wo eine geeignete
Menge des pyrotechnischen Materialschlamms in den Initiator 2 geladen
wird, insbesondere den Chargenbecher 14. Bei einem Ausführungsbeispiel
wird dies durchgeführt
durch Verwenden einer Verdrängungspumpe
(z. B. der Digispense, erhältlich
von IVEK, Inc. North Springfield, VT). Die Verwendung einer solchen
Verdrängungspumpe
in Kombination mit den bevorzugten Zähflüssigkeiten des pyrotechnischen
Materialschlamms, die oben erwähnt
wurden, ermöglicht
das Verdrängen
von geeigneten Mengen von pyrotechnischem Materialschlamm in den
Chargenbecher 14 des Initiators und das Erreichen einer
gewünschten
Abweichung (z. B. weniger als ungefähr 0,5% der Volumenverdrängung) bei
der Menge des pyrotechnischen Materials in einer Mehrzahl von Initiatoren 2,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Schlamm beladen sind. Das heißt, während der Herstellung ist die
Menge von pyrotechnischem Material 38 in jedem einer Mehrzahl
von Chargenbechern 14 konsistent innerhalb eines sehr kleinen
Bereichs (z. B. weniger als ungefähr 1% Abweichung bei dem Gewicht
des pyrotechnischen Materials 38 bei einer Mehrzahl von
Initiatoren 2).
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Ein
anderes wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, das sich auf
die Zähflüssigkeit
des pyrotechnischen Materialschlamms und das Laden des pyrotechnischen
Materialschlamms in dem Chargenbecher 14 bezieht, ist die
Art und Weise, auf die das Laden des pyrotechnischen Materialschlamms endet.
Der pyrotechnische Materialschlamm bricht oder reißt in der
Praxis der vorliegenden Erfindung abrupt am Ende des Ladens des
pyrotechnischen Materialschlamms in den Chargenbecher 14 derart ab,
dass die Höhe „H" des Nippels, der
in 3 dargestellt ist, minimiert wird (z. B. vorzugsweise
auf nicht mehr als 1 mm). Zusätzlich
dazu können
die beladenen Chargenbecher in Schwingung versetzt werden, um den
installierten Schlamm weiter zu ebnen. Eine relativ planare obere
Oberfläche
ist somit für das
pyrotechnische Material vorgesehen, das hin zu dem Überbrückungsdraht 34 auf
dem Kopf 22 hervorsteht und eine Schnittstelle mit demselben
bildet. Dies reduziert das Potenzial, dass der Überbrückungsdraht 34 bricht,
nachdem der Initiator 2 vollständig angeordnet ist (d. h.
wenn er eine Schnittstelle mit dem pyrotechnischen Material 38 bildet),
sowie das Potenzial für
einen Grad an Außereingriffnahme zwischen
dem Überbrückungsdraht 34 und
dem pyrotechnischen Material 38, was die Zündung des
pyrotechnischen Materials 38 nachteilig beeinträchtigen
würde.
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In
manchen Fällen
kann es wünschenswert sein,
eine separate Aktivatorcharge (z. B. reines RDX, HMX oder andere
sekundäre
Explosionsmittel oder pyrotechnische Zusammensetzungen) in den Initiator 2 einzufügen (z.
B. um eine bestimmte Ausgabe zu erreichen), sowie zusätzlich zu
dem pyrotechnischen Material 38. Die Aktivatorcharge könnte Schlamm
sein, der in dem Chargenbecher 14 geladen wird, getrocknet
wird (z. B. bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 100°F bis ungefähr 160°F für eine Zeitperiode,
die von ungefähr
5 Minuten bis ungefähr
45 Minuten reicht), und dann in den Chargenbecher 14 gepackt
wird. Vor dem Packen kann die theoretische Dichte von ungefähr 60% bis
ungefähr
95% reichen, und nach dem Verdichten kann die theoretische Dichte
von ungefähr
80% bis ungefähr 97%
erreichen, unter Verwendung eines geeigneten Tauchkolben oder sogar
der angeordneten Zündungsanordnung,
um das Verdichten durchzuführen. Die
oben beschriebene Methode könnte
dann verwendet werden, um den pyrotechnischen Materialschlamm in
den Chargenbecher 14 zu laden. Alternativ und vorzugsweise
könnte
das Aktivatormaterial trocken in den Chargenbecher 14 geladen
werden (z. B. reines 18-Mikrometer-RDX-Pulver) und dann auf die
oben beschriebene Weise gepackt werden. Danach könnte der pyrotechnische Materialschlamm
in den Chargenbecher 14 auf die oben beschriebene Weise
geladen werden.
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Nachdem
der pyrotechnische Materialschlamm auf die oben beschriebene Weise
in den Chargenbecher 14 geladen wurde, wird er zu einer Trockenstation 66 geliefert,
um das pyrotechnische Material 38 zu liefern. Bei einem
Ausführungsbeispiel wird
der Chargenbecher 14 mit dem pyrotechnischen Materialschlamm
bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 100°F bis ungefähr 160°F für eine Zeitperiode getrocknet,
die von ungefähr
5 Minuten bis ungefähr
45 Minuten reicht (z. B., um einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger
als ungefähr
0,5% zu erreichen). Wie nachfolgend detaillierter erörtert wird,
findet aufgrund der Rheologien, die der vorliegenden Erfindung zugeordnet
sind, während
dieser Trocknung des pyrotechnischen Materialschlamms wenig oder
kein Schrumpfen statt (z. B. nicht mehr als ungefähr 2% im
Durchmesser und weniger als ungefähr 2% in der Länge).
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Die
Zähflüssigkeit
des pyrotechnischen Materialschlamms in dem Chargenbecher 14 hat
eine Wirkung auf das pyrotechnische Material 38, die aus dem
Trocknen resultiert. Anfänglich
kann die Rheologie des pyrotechnischen Materials derart ausgewählt werden,
dass der Betrag, um den der pyrotechnische Materialschlamm während des
Trocknens schrumpft, minimiert wird. Wenn eine Zähflüssigkeit für den pyrotechnischen Materialschlamm
innerhalb des oben erwähnten
Bereichs ausgewählt
wird, ist der Betrag der Schrumpfung des Durchmessers nicht mehr
als ungefähr
2% und der Betrag der Schrumpfung der Länge ist nicht mehr als ungefähr 2%. Ferner
wird die Menge an Rissen, die in dem pyrotechnischen Materialschlamm
auftreten, wenn er trocknet, minimiert, wenn eine Zähflüssigkeit
in dem oben erwähnten
Bereich ver wendet wird. Risse könnten
die Schnittstelle zwischen dem pyrotechnischen Material 38 und
dem Überbrückungsdraht 34 und
somit die Entzündung des
Materials 38 beeinträchtigen.
Ferner beeinträchtigen
die Risse die Brennrate des Materials 38, was in bestimmten
Fällen
unerwünscht
sein kann.
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Die
Anordnung des Initiators 2 wird durch Installieren der
angeordneten Zündungsanordnung
an der Zündungsanordnung-Installationsstation 70 abgeschlossen.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Stift 30 in dem Kopf 22 mit der Glas-zu-Metall-Abdichtung 26 zwischen
denselben installiert, der Überbrückungsdraht 34 ist
an den Stift 30 und an die obere Oberfläche 24a des Kopfes 22 in
der gewünschten Position
geschweißt,
und der Ring 18 ist an die untere Oberfläche 24b des
Kopfes 22 geschweißt.
Diese angeordnete Zündungsanordnung
wird dann verwendet, um das getrocknete pyrotechnische Material 38 in
dem Chargenbecher 14 zu verdichten (z. B., um eine theoretische
Dichte von ungefähr
80% bis ungefähr
97% zu erreichen; unter Verwendung einer Packkraft größer als
ungefähr
1500 psi). Während die
Verdichtung des pyrotechnischen Materials 38 in dem Chargenbecher 14 beibehalten
wird, oder genauer gesagt, während
das Übertragen
einer Kraft durch die Zündungsanordnung
zu dem pyrotechnischen Material 38 fortgesetzt wird, wird
des Kopf 22 an den Chargenbecher 14 geschweißt. Nachfolgend können die
Hülse 10 und
der Adapter 6 installiert werden.
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Die
vorangehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde zu Zwecken
der Darstellung und Beschreibung vorgelegt. Ferner soll die Beschreibung
die Erfindung nicht auf die hierin offenbarte Form einschränken. Folglich
entsprechen die Abänderungen
und Modifikationen den obigen Lehren und das Fachwissen und die
Kenntnisse der relevanten Technik sind innerhalb des Schutzbereichs
der vorliegenden Erfindung. Die hierin vorangehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele
sollen die besten Möglichkeiten
weiter erklären,
die zum Praktizieren der Erfindung bekannt sind, um es anderen Fachleuten
auf dem Gebiet zu ermöglichen,
die Erfin dung in solchen oder anderen Ausführungsbeispielen und mit verschiedenen
Modifikationen zu verwenden, die durch die bestimmten Anwendung(en)
oder Verwendung(en) der vorliegenden Erfindung erforderlich sind.
Es ist vorgesehen, dass die beiliegenden Ansprüche ausgeführt sein sollen, um alternative
Ausführungsbeispiele
in dem Umfang zu umfassen, der durch den Stand der Technik ermöglicht wird.