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Diese
Erfindung betrifft allgemein aufblasbare Rückhaltesysteme und insbesondere
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufblasen einer aufblasbaren
Vorrichtung, wie z. B. ein Rückhalteluftkissen für den Insassen
eines Fahrzeuges, wobei diese Luftkissen gewöhnlich bei diesen Systemen
verwendet werden.
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Es
ist bekannt, einen Fahrzeuginsassen zu schützen, der ein Kissen oder einen
Sack, d.h. einen Luftsack bzw. Airbag, verwendet, der mit Gas aufgeblasen
oder expandiert wird, wenn das Fahrzeug eine plötzliche negative Beschleunigung
erfährt,
wie z. B. bei einer Kollision. Bei solchen Systemen ist das Luftsackkissen
normalerweise in einem nicht aufgeblasenen und gefalteten Zustand
eingeschlossen, um die Raumerfordernisse zu minimieren. Nach der Betätigung des
Systems beginnt das System, in einer Zeit von nicht mehr als wenigen
Millisekunden mit Gas aufgeblasen zu werden, welches von einer Vorrichtung
erzeugt oder geliefert wird, die gewöhnlich als Aufblasvorrichtung
oder Gasgenerator bezeichnet wird.
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Viele
Arten von Gasgeneratorvorrichtungen wurden in der Technik zum Aufblasen
eines aufblasbaren Luftsackkissens in Rückhaltesystemen beschrieben.
Bekannte Gasgeneratorvorrichtungen weisen gespeichertes Druckgas
auf, haben pyrotechnische Gasgeneratoren und Hybridgasgeneratoren. Die
europäische
Patentanmeldung 0 733 520 offenbart einen pyrotechnischen Gasgenerator
mit einem Metallgehäuse
und einem Initiator bzw. einer Sprengkapsel, wobei das Gehäuse Pellets
enthält,
die bevorzugt ein säurefreies
Gaserzeugungsmittel aufweisen, wie z. B. Aminotetrazol, und ein
Oxidationsmittel, welches bevorzugt Kupferoxid, Natriumnitrat, Guanidinnitrat,
Glimmer und/oder Calciumstearat ist.
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Leider
ist jede dieser Art von Gasgeneratorvorrichtungen gewissen Nachteilen
unterworfen, wie z. B. größere Gewichts-
und Raumerfordernisse als erwünscht,
die Erzeugung unerwünschter
oder nicht bevorzugter Verbrennungsprodukte in größeren Mengen
als erwünscht
und die Produktion oder Emission von Gasen bei höherer Temperatur als erwünscht, um
Beispiele zu nennen.
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Im
Hinblick auf diese und andere verwandte oder ähnliche Probleme und Mängel bekannter
Gasgeneratorvorrichtungen wurde eine neue Art Gasgenerator entwickelt,
der ein von einem Fluid angetriebener Gasgenerator genannt wird.
Diese Gasgeneratoren sind Gegenstand der allgemein zugeordneten
Patente Smith et al., US-Patent 5,470,104, ausgegebenen am 28. November
1995; Rink, US-Patent 5,494,312, ausgegeben am 27. Februar 1996;
und Rink et al., US-Patent 5,531,473, ausgegeben am 2. Juli 1996.
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Eine
solche Gasgeneratorvorrichtung verwendet ein Brennstoffmaterial
in der Form eines Fluids, d.h. in der Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder
eines fein verteilten Feststoffes oder einer oder mehrerer Kombinationen
derselben bei der Bildung eines Aufblasgases für eine zugehörige aufblasbare Vorrichtung.
Bei einer solchen Gasgeneratorvorrichtung wird das Brennstoffluidmaterial
verbrannt, um ein Gas zu erzeugen, welches mit einer Menge von gespeichertem
Druckgas in Berührung
kommt, um ein Aufblasgas für
die Verwendung beim Aufblasen einer entsprechenden aufblasbaren
Vorrichtung zu erzeugen.
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Während diese
von dem Fluid angetriebenen Gasgeneratoren mindestens einige der
oben erwähnten
Mängel
bekannter Gasgeneratorvorrichtungen vermeiden oder minimal machen,
kann doch die richtige Lagerung eines Brennstoffmaterials zusammen
mit einem entsprechenden Oxidationsmittel schwierig sein, insbesondere über längere Zeiten hin,
wie es bei aufblasbaren Rückhaltesystemen
in Kraftfahrzeugen gewöhnlich
oder typisch ist, wobei diese Systeme eine vernünftige Lebensdauer erfordern,
die sich über
eine Reihe von Jahren erstreckt. Zwar kann die separate Lagerung
des Brennstoffs und des Oxidationsmittels einige dieser Lagerungsschwierigkeiten
mildern und reduzieren, die Kompliziertheit und die Kosten des Aufbaus
und der Herstellung eines Gasgenerators, der eine solche separate Speicherung
von Brennstoff und Oxidationsmittel vorsieht, können aber größer als
erwünscht
sein.
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Im
Hinblick darauf bleibt ein Bedürfnis
einer Gasgeneratorvorrichtung, welche eine oder mehrere der folgenden
Aufgaben befriedigt: Erhöhte
Einfachheit des Aufbaus und der Konstruktion, Vermeidung oder Minimierung
der Risiken oder Probleme, die mit dem Speichern, der Handhabung
und Abgabe der verschiedenen und ausgewählten gaserzeugenden Materialien
zusammenhängen;
und die Ermöglichung
auch weiterer Reduzierungen beim Anlagengewicht und den Kosten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein
allgemeiner Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten
Vorrichtung und eines verbesserten Verfahrens zum Aufblasen einer aufblasbaren
Vorrichtung.
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Eine
speziellere Aufgabe der Erfindung ist die Überwindung eines oder mehrerer
der vorstehend beschriebenen Probleme.
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Der
allgemeine Gegenstand der Erfindung kann mindestens zum Teil durch
eine Einrichtung erreicht werden für das Aufblasen einer aufblasbaren Vorrichtung,
wobei die Einrichtung eine erste Kammer aufweist mit einem Inhalt,
der Mengen von Stickoxid und Brennstoffmaterial in der Form eines
Feststoffes einschließt,
die in Berührung
miteinander gespeichert sind. Die Einrichtung weist auch eine Sprengkapsel
auf, um eine Reaktion mindestens eines Teils der Menge des Stickoxides
mit mindestens einem Teil der Menge des Brennstoffmaterials zu initiieren
und Verbrennungsprodukte zu bilden, die mindestens ein gasförmiges Verbrennungsprodukt
einschließen.
Im Stand der Technik ist man im allgemeinen nicht in der Lage, einen
so einfachen Aufbau und eine so einfache Konstruktion für einen
Gasgenerator vorzusehen, wie gewünscht,
wobei ein Brennstoffmaterial und ein separat vorgesehenes Oxidationsmittel
verbrannt werden, um ein Aufblasgas für die Verwendung beim Aufblasen
einer zugehörigen
aufblasbaren Rückhalteeinrichtung
zu erzeugen oder zu bilden. Im Ergebnis können eines oder mehrere des Gewichtes,
der Kosten und der Größe solcher
bekannter Gasgeneratorvorrichtungen größer sein als erwünscht ist.
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Die
Erfindung schließt
ferner eine Einrichtung ein für
das Aufblasen einer aufblasbaren Vorrichtung, wobei die Einrichtung
eine normalerweise geschlossene erste Kammer mit unter Druck stehendem
Inhalt einschließt,
der Mengen an Stickoxid und einem brennbaren Brennstoffmaterial
in der Form eines Schaums mit offener Zelle einschließt. Mindestens
ein Teil des Stickoxides ist in der ersten Kammer in einer flüssigen Phase
in Berührung
mit dem brennbaren Schaumbrennstoffmaterial mit offener Zelle gespeichert.
Die Einrichtung weist auch eine Sprengkapsel auf, um die Reaktion
mindestens eines Teils der Menge des Stickoxides mit mindestens
einem Teil der Menge des brennbaren Brennstoffmaterials zu initiieren
und Verbrennungsprodukte, einschließlich mindestens eines gasförmigen Verbrennungsproduktes
zu bilden.
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Die
Erfindung enthält
ferner ein Verfahren für das
Aufblasen einer aufblasbaren Sicherheitsvorrichtung. Ein solches
Verfahren weist folgende Schritte auf:
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Verbrennen
einer festen Form eines Brennstoffmaterials, welches in Berührung mit
einem Stickoxidoxidationsmittel gespeichert ist, um Verbrennungsprodukte
einschließlich
mindestens eines gasförmigen
Verbrennungsproduktes zu bilden und
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Freigeben
des Aufblasgases mit mindestens einem Teil des mindestens einen
gasförmigen
Verbrennungsprodukts aus der Einrichtung, um die aufblasbare Sicherheitsvorrichtung
aufzublasen.
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Andere
Gegenstände
und Vorteile ergeben sich für
den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung
mit den anliegenden Ansprüchen
und Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine vereinfachte, teilweise im Schnitt gesehene, schematische Ansicht
einer Sicherheitsvorrichtung für
einen Fahrzeuginsassen gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
eine vereinfachte, teilweise im Schnitt genommene, schematische
Zeichnung einer Sicherheitsvorrichtung für einen Fahrzeuginsassen gemäß einer
alternativen Ausführungsform
der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung kann in einer Vielzahl unterschiedlicher Aufbauten
beispielhaft dargestellt werden. Für eine repräsentative Ausführungsform
veranschaulicht 1 die vorliegende Erfindung
am Beispiel einer Sicherheitsvorrichtung für einen Fahrzeuginsassen, die
allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist. Die Sicherheitsvorrichtung 10 für den Fahrzeuginsassen
weist eine aufblasbare Rückhalteeinrichtung 12 für den Fahrzeuginsassen
auf, z. B. ein aufblasbares Luftsackkissen, und gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung eine Vorrichtung, die allgemein mit der Bezugszahl 14 bezeichnet
ist und als Aufblaseinrichtung oder Gasgenerator für die Verwendung
beim Aufblasen der Rückhalteeinrichtung
für den
Insassen allgemein bezeichnet ist.
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Nach
der richtigen Betätigung
oder dem Einschalten der Fahrzeugsicherheitsvorrichtung 10 wird die
Rückhalteeinrichtung 12 für den Fahrzeuginsassen
von einer Strömung
eines Aufblasfluids aufgeblasen, z. B. einem Gas aus dem Gasgenerator 14, um
die Bewegung eines Insassen des Fahrzeugs einzuschränken. Die
aufblasbare Rückhalteeinrichtung 12 für den Fahrzeuginsassen
ist in typischer Weise ausgestaltet, um in eine Stelle oder einen Platz
innerhalb des Fahrzeuges hinein zwischen den Insassen und gewissen
Teilen des Fahrzeuginneren aufgeblasen zu werden, wie z. B. den
Türen,
dem Lenkrad, dem Instrumentenbrett oder dergleichen, um die Möglichkeit
und Härte
des erzwungenen Auftreffens des Insassen auf diese Teile des Fahrzeuginneren
zu reduzieren.
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Es
versteht sich, daß die
nachfolgend beschriebene Erfindung auf verschiedene Arten oder Typen
von Luftsackanordnungen anwendbar ist, einschließlich der Fahrerseite, Insassenseite
und bei Luftsackanordnungen für
den Seitenaufprall für
verschiedene Arten und Typen von Fahrzeugen, wie z. B. Kraftfahrzeugen,
einschließlich
z. B. Kleintransportern, Pritschenwagen und insbesondere Automobilen.
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Der
Gasgenerator 14 weist eine erste bzw. zweite Kammer 16 bzw. 18 auf.
Die erste Kammer 16, die entsprechend der ausführlicheren
Beschreibung unten eine feste Form von Brennstoffmaterial in Berührung mit
Stickoxid enthält
und manchmal hier als Verbrennungs- oder Reaktionskammer bezeichnet
wird. Die zweite Kammer 18 dient gemäß der nachfolgenden ausführlicheren
Beschreibung dazu, die Reaktionsprodukte abzukühlen, die aus der Reaktionskammer 16 in
die zweite Kammer gelangen, und wird manchmal hier als Abkühlkammer
bezeichnet.
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Die
Reaktionskammer wird teilweise durch eine becherförmige Basis 20 mit
einem Basisende 22 und einem gegenüberliegenden offenen Ende 24 bestimmt.
Das Basisende 22 weist eine Öffnung 26 auf, durch
welche eine Zündkapsel 30 in
dichtender Lage mit der Reaktionskammer 16 angebracht ist,
z. B. mittels (nicht gezeigt) Laserschweißen, eines O-Ringes, Crimpen
oder einer anderen geeigneten hermetischen Abdichtung.
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Im
allgemeinen kann die Sprengkapselvorrichtung 30 von einem
beliebigen Typ von Zündmitteln
sein, einschließlich:
Brückenzünder, Zündkerzenentladung,
erwärmte
oder Explosionsleitung oder -folie, Durchgangstrennwand (z. B. eine
Sprengkapsel, die durch eine Schott- bzw. Trennwand in der Form
einer metallischen hermetischen Abdichtung entlädt) um Beispiele zu nennen,
und kann, gewünschtenfalls,
eine pyrotechnische Ladung enthalten. In der Praxis kann eine relativ
große
Wärmeeingabe,
wie z. B. von der Sprengkapsel, hilfreich sein, wenn man eine vollständigere
Zündung
der gewünschten
Reaktion des Kraftstoffes und gespeicherten Stickoxides erhalten
will. Da pyrotechnische, eine Ladung enthaltende Sprengkapseln in
typischer Weise leichter diese relativ großen Wärmeeingaben aus einer relativ
kleinen Sprengkapselvorrichtung erzeugen können, kann im Hinblick darauf
die Praxis der Erfindung mit diesen Sprengkapseln besonders vorteilhaft
sein.
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Der
feste Brennstoff bei der veranschaulichten Ausführungsform befindet sich in
der Form eines Schaums und ist durch die Bezugszahl 32 bezeichnet und
vorzugsweise komprimiert, um die Raumausnutzung zu maximieren, und
ist in der Basis 20 installiert. Um z. B. den Anordnungsaufbau,
die Herstellung und den Betrieb zu erleichtern, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung der feste Kraftstoffschaum 32 durch Reibung
in der Basis 20 am Platz gehalten. Es versteht sich jedoch,
daß alternative oder
ergänzende
Anbringformen, wie sie z. B. durch die Verwendung eines Klebstoffes
oder Bindemittels realisiert werden, beispielsweise auch oder alternativ verwendet
werden, um diesen oder einen ähnlichen festen
Brennstoff bei oder an der Basis 20, erwünschtenfalls,
zu befestigen.
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Die
Basis weist eine Füllöffnung 34 auf,
wie in der Technik bekannt ist, durch welche ein ausgewähltes Reaktionsmaterial
für die
Kammerfüllung, einschließlich z.
B. Stickoxid entweder allein oder in Kombination mit einem oder
mehreren Inertgasen in die Reaktionskammer 16 gebracht
werden kann und in Kontakt gebracht werden kann, z. B. in direkten, physikalischen
Kontakt mit dem festen Brennstoff 32. Bei der Beschreibung
des Gegenstandes der Erfindung wird diese direkte physikalische
Berührung
von Stickoxid und festem Brennstoff manchmal als inniger Kontakt
beschrieben.
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Es
versteht sich, daß das
Füllmaterial,
z. B. Stickoxid entweder allein oder in Kombination mit einem oder
mehreren Inertgasen, welches in die Reaktionskammer gelangt oder
zugeführt
ist, z. B. in der Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer Kombination
von Gas und Flüssigkeit
sein kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das
verwendete Füllmaterial,
um die Festbrennstoff enthaltende Reaktionskammer zu füllen, im
wesentlichen aus Stickoxid. Bei einer solchen Ausführungsform
kann der Speicherdruck in der Reaktionskammer in typischer Weise
im Bereich von 4,14 bis 10,34 MPa (600 psi bis 1.500 psi) und bevorzugt
im Bereich von 4,48 bis 4,83 MPa (650 psi bis 700 psi) bei normaler
Umgebungstemperatur liegen.
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Unter
diesen Bedingungen kann ein gewisser und vorzugsweise erheblicher
Teil der Menge an gespeichertem Stickoxid in vorteilhafter Weise
in einer flüssigen
Phase gespeichert sein. Als Folge des Anstiegs der Dichte, die zu
der Speicherung in flüssiger
Phase gehört,
im Gegensatz zur Speicherung in einer Gasphase, kann die Flüssigphasenspeicherung
zu einer Reduzierung oder Minimierung des benötigten oder erforderlichen
Speichervolumens führen
und somit zu einem Gasgenerator mit einem kompakteren Aufbau oder
Anordnung führen.
Ferner sind diese Speicherdrücke
im allgemeinen erheblich geringer als die Speicherdrücke, die
normalerweise oder in typsicher Weise in hybrid- und fluidangetriebenen
Gasgeneratoren, wie oben erwähnt,
verwendet werden. Somit kann der entsprechende Gasgenerator im Hinblick
auf diese niedrigeren Drücke
ausgestaltet werden und braucht nicht die relativ dicken und schweren
Wände zu
haben, die normalerweise zur Speicherung bei jenen höheren Drücken gehören. Infolgedessen
kann eine Gasgeneratorausgestaltung mit geringerem Gewicht und typischerweise niedrigeren
Kosten realisiert werden.
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Es
versteht sich, daß besonders
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung auch ein oder mehrere Inertgase enthalten können, wie
sie z. B. auch in Berührung
mit dem Festbrennstoff 32 gespeichert sein können. Der
Einschluß einer
relativ kleinen Menge an gegebenem Inertgasbestandteil, wie z. B. Helium,
kann z. B. für
die Verwendung bei dem Nachweis der Möglichkeit einer Leckage aus
einem Druckbehälter
erwünscht
sein, wie in der Technik allgemein bekannt ist. Zusätzlich oder
alternativ kann ein Inertgas, z. B. Argon, notwendigenfalls oder
erwünschtenfalls,
in der Reaktionskammer 16 eingeschlossen sein, um in wirksamer
Weise die Verbrennungsrate in der Kammer 16 zu reduzieren
und dadurch dem Reduzieren der relativen Konzentrationen von Brennstoff
und Oxidationsmitteln innerhalb der Reaktionskammer zu dienen.
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Es
versteht sich, daß ein
solches eingeschlossenes Inertgas somit im wesentlichen als Verdünnungsmittel
dienen kann.
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Nachdem
die Reaktionskammer 16 gut gefüllt wurde, kann die Füllöffnung 34 gut
blockiert oder in bekannter Weise geschlossen werden, z. B. durch einen
Stift oder eine Kugel 34a.
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Das
offene Ende 24 der becherförmigen Basis 20 ist
mittels eines Kammerdomes 36 geschlossen. Bei der veranschaulichten
Ausführungsform
hat der Kammerdom 36 eine einstückige Konstruktion und ist
mittels einer Schweißung 40 an
der inneren Oberfläche 42 der
Basis an letzterer angebracht. Der Kammerdom 36 weist einen Öffnungsabschnitt 44 auf,
der ausgestaltet ist, um für
eine Fluidverbindung zwischen der Reaktionskammer 16 und
der Abkühlkammer 18 zu
sorgen. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist der Öffnungsabschnitt 44 ein kreuzförmiger Bereich
in dem Kammerdom 36, der ausgestaltet ist, um zu brechen
oder sich anderweitig zu öffnen,
wenn eine vorbestimmte Druckdifferenz auf den gegenüberliegenden
Oberflächen 44a und 44b des Öffnungsabschnittes 44 vorhanden
ist. Bei einem solchen Öffnen
wird die Reaktionskammer 16 mit der Abkühlkammer 18 in Fluidverbindung
gebracht.
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In
der Praxis kann eine solche Kammerdomanordnung bevorzugt sein, da
eine solche Anordnung die Herstellung und den Zusammenbau erleichtern
und eine verbesserte Zuverlässigkeit
vorsehen kann. Es versteht sich jedoch, daß auch andere Formen, Mittel
und Techniken zur Schaffung einer Fluidverbindung von der Reaktionskammer 16 auch
von der Erfindung ins Auge gefaßt
sind. Z. B. kann der Dom oder die Wand, welche die erste Kammer
von der Abkühlkammer
trennt, in einfacher Weise eine Öffnung
einschließen,
die normalerweise von einer Berstscheibe abgedeckt ist, mit einer
Ausgestaltung, um bei einem geeigneten vorbestimmten Druck zu reißen. Der
Gasgenerator 14 weist auch eine zweite Kämmeranordnung 46 auf,
die eine äußere Wand 50 und
eine Fließsteuereinrichtung 52 einschließt, die zusammen
dazu dienen, die Abkühlkammer 18 und einen
Diffusorabschnitt 54 zu bilden. Bei der veranschaulichten
Ausführungsform
ist die Kammeranordnung 46 an der Reaktionskammer 16 z.
B. mittels einer Inertgasschweißung 56 der äußeren Wand 50 der
zweiten Kammeranordnung an der Basis 20 der Reaktionskammer
angebracht. Es versteht sich jedoch, daß auch andere Formen und Anbringstellen oder
Verbinder gewünschtenfalls
verwendet werden können.
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Die äußere Wand 50 der
zweiten Kammeranordnung bildet einen Diffusor 60 einstückig und
in einem durchgehenden Stück
mit dieser. Zwar kann diese einstückige Ausgestaltung verschiedene
Vorteile bringen, wie z. B. Vereinfachung der Anordnung und Herstellung,
es versteht sich aber, daß auch
andere Formen oder Typen von Diffusoren gewünschtenfalls bei der Praxis
der Erfindung verwendet werden können.
Z. B. kann ein separat hergestellter Diffusor an der Gasgeneratoranordnung
z. B. durch die Verwendung verschiedener Anbringtechniken, wie z. B.
durch Schweißen,
befestigt werden.
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Der
Diffusor 60 weist in der äußeren Wand 50 eine
Vielzahl von Ausgangsöffnungen 62 auf
für den
Durchgang von Aufblasgas aus dem Gasgenerator 14 in die
zugehörige
aufblasbare Rückhalteeinrichtung 12 für den Fahrzeuginsassen.
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Die
Strömungsteuereinrichtung 52 ist
z. B. durch Preßpassung
an dem Diffusorabschnitt 54 befestigt. Die Strömungssteuereinrichtung 52 weist eine
Vielzahl von Öffnungen 64 auf,
durch welche Gas aus der Abkühlkammer 18 durch
den Diffusor 60 gelangt und zu der aufblasbaren Rückhalteeinrichtung 12 für den Fahrzeuginsassen
geführt
wird. Die Strömungssteuereinrichtung 52 dient
als Meßöffnung,
welche die Fließgeschwindigkeit
austretender Gase und Drücke
in der Abkühlkammer 18 steuert.
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Wie
oben erwähnt
wurde, enthält
die Reaktionskammer im Ruhezustand eine feste Form eines Brennstoffmaterials
in Berührung
mit Stickoxid. Wie man erkennt, führen feste Formen von Brennstoff
im allgemeinen zu einer größeren Brennstoffdichte,
und somit können
feste Brennstofformen kleinere Speichervolumina erfordern und entsprechende
Größenverringerungen
des Gasgenerators gestatten.
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Viele
feste Brennstoffmaterialien sind für die Verwendung in der Praxis
der Erfindung geeignet, einschließlich z. B. Polyolefinen, Wachsen
und intern teilweise oxidierte Verbindungen, wie z. B. Polyester, Polyether,
Acrylpolymere, Phenole, Polysaccharide (wie z. B. Zellulose oder
Stärke),
Zelluloseether, Zelluloseester, Nitratsalze von Aminen, Nitramine,
Nitroverbindungen und Gemische zweier oder mehrerer dieser aufgelisteten
Stoffe. Spezieller sind geeignete feste Brennstoffmaterialien für die Verwendung
in der Praxis der Erfindung veranschaulicht durch Ethylenzellulose,
Zelluloseacetat, Zelluloseacetatbutyrat, Zellulosepropionat, Polyacetal,
Polyethylen, Polypropylen, Polystyren, Polybutadien mit endständiger Hydroxylgruppe,
Polymethylacrylat, Naphtalen und Nitrozellulose sowie Kombinationen
davon.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der feste Kraftstoff in der Form eines Schaumstoffs,
vorzugsweise in der Form eines Schaumstoffes mit offener Zelle.
Z. B. können Schaumstoffe
verschiedener Polyolefine, wie z. B. Polyester, Polyether, Polystyren,
Polypropylen und Polyethylen gewünschtenfalls
verwendet werden. Z. B. kann die Verwendung eines Schaumstoffs,
der aus einem relativ langen und gestreckten Polyolefin gebildet
ist, wie z. B. Polyethylenschaumstoff mit einer Dichte im Bereich
von etwa 20-40 kg/m3 und einer Zellengröße im Bereich
von etwa 1-3 mm besonders vorteilhaft sein.
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Zusätzlich können Katalysatoren
und Modifikatoren der Verbrennungsrate, wie z. B. Borhydride und
Metalloxide, wie z. B. Kupferoxid, erwünschtenfalls hinzugefügt oder
eingeschlossen werden. Langkettenpolymere bilden eine andere Kategorie
von Brennstoffmaterial in fester Form, welches in der Erfindung
benutzbar ist. Während
verschiedene polymere Materialien in der Praxis der Erfindung benutzt werden
können,
schließen
besonders nützliche
Polymermaterialien ein:
- 1) Thermoplastische
Materialien, wie z. B. Polyethylenglycol und Polyethylen als Beispiel;
- 2) Zelluloseartige Materialien, wie z. B. Zelluloseacetat und
Zelluloseacetatbutyrat als Beispiel; und
- 3) Wärmegehärtete Materialien,
wie z. B. Polybutadien mit endständiger
Hydroxylgruppe.
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Es
versteht sich, daß sich
diese festen Materialformen von den Schaumstoffmaterialien unterscheiden,
die hier veranschaulicht und beschrieben sind, und zwar insofern,
als die Oberflächenporosität dieser
Materialien minimal gemacht ist mit dem Ergebnis, daß die Verbrennungsgrenzfläche an der äußeren Oberfläche des
festen Brennstoffs im wesentlichen gehalten wird. Somit können diese
festen Polymerformen gestaltet sein, um entweder die Reaktionsrate
und die Massenflußrate
der Verbrennungsprodukte oder beide, die erforderlich oder erwünscht sind,
um das gewünschte
Aufblasen eines besonderen Luftsackkissens vorzusehen. Z. B. kann
die Gestalt des Feststoffs darauf zugeschnitten sein, eine anfänglich niedrigere
Massenflußrate
während
der Anfangsphase des Entfaltens vorzusehen, gefolgt von einer höheren Massenflußrate, um
z. B. das Luftsackkissen gut aufzublasen, nachdem das Kissen seine
Position vollständiger
Entfaltung erreicht hat. Somit können
diese festen Brennstofformen und entsprechenden Luftsackgasgeneratoren,
aufblasbare Rückhaltesysteme
und Betriebsverfahren verwendet werden, um die Verletzungsmöglichkeit
eines Fahrzeuginsassen bei entsprechender Fehlposition zu vermeiden
oder zu minimieren.
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Die
Verwendung eines wasserstoffeinschließenden thermoplastischen Materials,
wie z. B. Polyethylenglycol, kann besonders vorteilhaft sein. Der
in dem Brennstoffmaterial eingeschlossene zusätzliche Sauerstoff kann bei
der Verbesserung der Reaktionsrate nützlich sein, so daß eine vollständige Verbrennung
des Brennstoffmaterials innerhalb der kurzen Zeitperiode auftritt,
die für
das Aufblasen eines Luftsackkissens vorgesehen ist. Es versteht
sich, daß eine
solche bevorzugte Art von Brennstoffmaterial erwünschtenfalls in der Form eines
monolithischen festen Korns oder einer Menge extrudierter Pellets
sein kann. Ferner können
diese Materialien in typischer Weise leicht über eine Extrusionsbehandlung
mit niedrigen Kosten hergestellt sein. Weiter noch und erwünschtenfalls
können
zusätzliche
Sauerstoffträgerverbindungen,
wie z. B. Kaliumperchlorat, basisches Kupfernitrat usw. leicht währen der
Extrusionsbehandlung hinzugefügt
werden, um die Reaktionsrate bzw. -geschwindigkeit zu fördern. In
typischer Weise werden diese zusätzlichen
Sauerstoffträgerverbindungen,
wenn sie hinzugefügt
werden, in relativ geringen Mengen zugefügt, so daß die Endformatierung ein Gemisch
aus Brennstoff und Sauerstoffträger
ist, die brennstoffreich bleibt und somit zusätzlichen Sauerstoff erfordert,
der von dem Stickoxid für eine
vollständige
Verbrennung vorgesehen wird.
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Im
Betrieb wird z. B. nach dem Abfühlen
einer Kollision ein elektrisches Signal zu der Sprengkapselvorrichtung 30 geschickt.
Die Sprengkapsel 30 sorgt für eine Wärmeeinspeisung in die Reaktionskammer 16,
um die Verbrennung des in der Reaktionskammer 16 enthaltenen
Brennstoffs zu initiieren.
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Das
nach der Verbrennung des Brennstoffs erzeugte heiße Gas führt zu einem
schnellen Druckanstieg innerhalb der Reaktionskammer 16. Zusätzlich kann
während
des Verbrennungsprozesses freigesetzte Wärme zu der Verdampfung zusätzlichen
Stickoxides in flüssiger
Phase führen
mit der Folge, daß zusätzliches
Stickoxid für
die Verbrennungsreaktion mit dem erhältlichen Brennstoff zur Verfügung steht,
da man glaubt, daß diese
Reaktion in erster Linie in der Gasphase erfolgt. Spezieller glaubt
man, daß Stickoxid
in der Dampfphase, wie es z. B. ursprünglich in der Reaktionskammer
vorhanden oder in dieser durch Verdampfung von gespeichertem Stickoxid
in flüssiger
Phase gebildet ist, sich spaltet oder dissoziiert, um Dissoziationsprodukte
zu bilden, einschließlich
gasförmigen
Sauerstoffs, mit welchem der feste Brennstoff reagiert, d.h. verbrennt, um
Verbrennungsreaktionsprodukte zu bilden. Man glaubt, daß somit
Stickoxid mindestens teilweise als Oxidationsmittelquelle dient,
die bei der Verbrennung von gespeichertem Festbrennstoff verwendet
wird.
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Wenn
der Druck in der Reaktionskammer 16 die strukturelle Fähigkeit
des Öffnungsabschnitts 44 übersteigt,
reißt
der Öffnungsabschnitt 44 oder
gestattet in anderer Weise den Durchgang heißen Verbrennungsgases aus der
Reaktionskammer 16 in die Abkühlkammer 18.
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In
der Abkühlkammer 18 kühlt sich
das aus der Reaktionskammer 16 ausgestoßene heiße Verbrennungsgas ab und gelangt
durch die Strömungssteuereinrichtung 52 und
der Reihe nach in den Diffusor 60 in die zugehörige, aufblasbare
Rückhalteeinrichtung 12 für den Fahrzeuginsassen.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
wird zwar gespeichertes Stickoxid als Oxidationsmittelquelle benutzt,
die bei der Verbrennung von gespeichertem Festbrennstoff verwendet
wird, es versteht sich aber, daß zusätzliche
Mengen oder Teile von gespeichertem Stickoxid als Gasquellenmaterial
beim Aufblasen eines zugehörigen
Luftsackkissens verwendet werden kann. Z. B. kann gemäß Darstellung
und Beschreibung in dem allgemein zugeteilten US-Patent 5,669,629, Rink, ausgegeben am 23.
September 1997, dieses Stickoxid als Gasquellenmaterial dienen,
welches sich zerlegt oder spaltet, um Spaltprodukte zu bilden oder
zu erzeugen, die zum Aufblasen einer aufblasbaren Vorrichtung verwendet
werden.
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2 veranschaulicht
eine Sicherheitseinrichtung für
einen Fahrzeuginsassen, die allgemein mit der Bezugszahl 210 bezeichnet
ist und einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung entspricht. Die Fahrzeugsicherheitseinrichtung 210 ist
allgemein ähnlich
der Fahrzeugsicherheitseinrichtung 10, die oben beschrieben
wurde, und weist eine aufblasbare Rückhalteeinrichtung 212 für einen
Fahrzeuginsassen auf, z. B. ein aufblasbares Luftsackkissen, und weist
eine Aufblaseinrichtung, die allgemein mit 214 bezeichnet
ist, zum Aufblasen der Rückhalteeinrichtung 212 für den Insassen
auf.
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Der
Gasgenerator 214 ist im allgemeinen ähnlich dem oben beschriebenen
Gasgenerator 14 und weist eine erste Kammer 216 (auch
als Verbrennungs- oder Reaktionskammer bezeichnet) und eine zweite
Kammer 218 auf (die auch als Abkühl- oder Mischkammer bezeichnet
ist). Die Reaktionskammer 216 enthält eine feste Form von Brennstoffmaterial (mit
der Bezugszahl 232 bezeichnet) in Berührung mit Stickoxid. Die Kammer 216, ähnlich der
Kammer 16 der oben beschriebenen Ausführungsform, wird zum Teil durch
eine becherförmige
Basis 220 mit einem Basisende 222 und einem gegenüberliegenden offenen
Ende 224 gebildet. Das Basisende 222 weist eine Öffnung 226 auf,
durch welche eine Sprengkapselvorrichtung 230 abdichtend
an der Kammer 216 angebracht ist. Die Basis 220 weist
eine Füllöffnung 234 auf,
durch welche Materialien, wie z. B. das Stickoxid, in die Reaktionskammer 216 hineingelangen
können.
Nachdem die Reaktionskammer 216 gefüllt wurde, kann die Füllöffnung 234 vollständig blockiert,
verstopft oder verschlossen werden, wie bekannt ist z. B. durch
einen Stift oder eine Kugel 234a.
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Das
offene Ende 224 der becherförmigen Basis 220 ist
mittels eines Kammerdomes 236 geschlossen, der einen Öffnungsabschnitt 244 mit
einer Ausgestaltung hat, um eine Fluidverbindung von der Reaktionskammer 216 aus
zu der Abkühlkammer 220 vorzusehen.
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Der
Gasgenerator 214 weist auch eine zweite Kammeranordnung 246 auf,
die eine äußere Wand 250 und
eine Strömungssteuereinrichtung 252 einschließt, die
zusammen dazu dienen, die Abkühlkammer 218 und
einen Diffusorabschnitt 254 zu bilden.
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Die äußere Wand 250 der
zweiten Kammeranordnung bildet einen Diffusor 260 in einem
integralen und fortlaufenden Stück
mit diesem. Der Diffusor 260 weist eine Vielzahl von Ausgangsöffnungen 262 in
der äußeren Wand 250 auf
für den
Durchgang von Aufblasgas aus dem Gasgenerator 214 in die
zugehörige,
aufblasbare Rückhalteinrichtung 212 für den Fahrzeuginsassen.
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Die
Strömungssteuereinrichtung 252 weist eine
Vielzahl von Öffnungen 264 auf,
durch welche Gas aus der Abkühlkammer 218 zu
dem Diffusor 260 gelangt und zu der zugeordneten, aufblasbaren Rückhalteeinrichtung 212 für den Fahrzeuginsassen geführt wird.
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Der
Gasgenerator 214 unterscheidet sich von dem Gasgenerator 14 jedoch
dann, daß die
Abkühlkammer 218 normalerweise
geschlossen oder abgedichtet und mit einem Inertgas gefüllt ist,
wie z. B. Argon oder Stickstoff, und auf einen Druck in typischer
Weise im Bereich von 13,79-27,58 MPa (2.000-4.000 psi) gebracht
wird. Dieser Verschluß der
Abkühlkammer 218 wird
durch den Einschluß einer
Berstscheibe 270 oder dergleichen realisiert, um normalerweise
den Inhalt der Abkühlkammer 218 von
dem Diffusor 254 zu trennen.
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Der
Betrieb der Fahrzeugsicherheitseinrichtung 210 ist anfangs
im allgemeinen ähnlich
dem Betrieb der oben beschriebenen Vorrichtung 10 insofern,
als nach Abfühlen
einer Kollision ein elektrisches Signal zu der Sprengkapselvorrichtung 230 geschickt
wird. Die Sprengkapsel 230 sorgt für eine Wärmeeinspeisung zu der Reaktionskammer 216, um
die Verbrennung des Brennstoffes und Stickoxid, welche in dieser
eingeschlossen sind, zu initiieren.
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Das
nach der Verbrennung des Brennstoffs und des Stickoxides erzeugte
heiße
Gas führt
zu einem schnellen Druckanstieg innerhalb der Reaktionskammer 216.
Ferner kann während
des Verbrennungsprozesses freigesetzte Wärme zu der Verdampfung zusätzlichen
Stickoxides in flüssiger
Phase führen
und dadurch zu zusätzlichem
Stickoxid führen,
welches für
die Verbrennungsreaktion mit zur Verfügung stehendem Brennstoff zur
Verfügung steht,
da man glaubt, daß eine
solche Reaktion in erster Linie in der Gasphase erfolgt.
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Wenn
der Druck innerhalb der Reaktionskammer 216 die aufbaumäßige Fähigkeit
des Öffnungsabschnitts 244 übersteigt,
bricht der Öffnungsabschnitt 244 oder
gestattet auf andere Weise den Durchgang heißen Verbrennungsgases in die
Abkühlkammer 218 hinein.
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In
der Abkühlkammer 218 vermischt
sich das aus der Reaktionskammer 216 ausgestoßene Verbrennungsgas
mit dem Druckgas, welches in der Abkühlkammer 218 gespeichert
ist, um ein Aufblasgas für
die Benutzung beim Aufblasen der aufblasbaren Rückhalteeinrichtung 212 für einen
Fahrzeuginsassen zu erzeugen.
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Es
versteht sich, daß ein
Vermehren des Verbrennungsgases mit dem gespeicherten Inertgas ein Aufblasgas
erzeugt, welches sowohl eine niedrigere Temperatur als auch eine
reduzierte Konzentration an Nebenprodukt (z. B. CO, Nox,
H2O usw.) als das Verbrennungsgas allein
hat.
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Wenn
der Gasdruck in der Abkühlkammer 218 die
aufbaumäßige Fähigkeit
der Berstscheibe 270 übersteigt,
reißt
die Scheibe oder gestattet auf andere Weise den Durchgang von Aufblasgas
durch den Diffusor 260 und aus den Diffusorausgangsöffnungen 262 heraus
in die zugeordnete, aufblasbare Rückhalteeinrichtung 212 für den Fahrzeuginsassen.
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Es
sei besonders verdeutlicht, daß gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen dem Festbrennstoff
und dem Oxidationsmittel mindestens teilweise über die Steuerung oder Einstellung
von Parametern gesteuert werden kann, die allgemein bei Verbrennungssystemen
nicht anwendbar oder benutzbar sind, welche auf die Verbrennung
eines Brennstoffmaterials in der Form eines Fluids abstellen, wie
z. B. einer Flüssigkeit
oder eines Gases in Verbindung mit einem Oxidationsmittel. Z. B.
kann die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen der Form eines Schaumstoffes
mit offener Zelle eines Brennstoffs mit einem Oxidationsmittel durch
Einstellen und Steuern der speziellen Formeigenschaften des Schaumstoffs
eingestellt oder kontrolliert werden, um Poren oder Leerstellen
zu ergeben, die z. B. einen ausgewählten Durchmesser und/oder
Länge und/oder äußere Form
haben.
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In
der Praxis der Erfindung glaubt man bei Verwendung von festen Formen
an Brennstoffmaterialien, daß die
Geschwindigkeit, bei welcher das Oxidationsmittel zu der Oberfläche des
festen Brennstoffs diffundiert, in erster Linie ein die Geschwindigkeit
der Verbrennungsreaktion steuerndes Phänomen ist. Die Menge und Form
der Oberfläche
des Brennstoffeststoffs ändert
sich allgemein, wenn Teile des festen Brennstoffs verbraucht werden.
Als Folge ändert
sich auch die relative Menge an Brennstoffmaterial, die zur Verfügung steht,
um an der Verbrennungsreaktion teilzunehmen, auch über der
Zeit. Somit können
die Verbrennungseigenschaften für
einen besonderen Gasgeneratoraufbau in vorteilhafter Weise durch
Einstellungen gesteuert oder geändert werden,
die an der Form und den Eigenschaften des festen Brennstoffs gemacht
werden. Z. B. kann eine feste Kornform von Brennstoff gestaltet
werden, um ein ausgewähltes
Oberflächenprofil
durch die Reaktion vorzusehen und somit eine speziell gewünschte oder
zugeschneiderte Reaktionsgeschwindigkeit der Kraftstoff- oder Massenflußrate des
Aufblasgases in ein zugehöriges
Luftsackkissen hinein vorzusehen.
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Die
Gasgeneratoranordnungen der Erfindung, wie sie oben beschrieben
wurden, können
eine Anzahl von Vorteilen vorsehen oder gewährleisten, einschließlich z.
B. die Verwendung reduzierter Speicherdrücke und das Reduzieren des
Gewichts und/oder der Kosten und/oder der Größe einer Gasgeneratoranordnung.
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Es
versteht sich, daß die
Diskussion der Theorie, wie z. B. die Diskussion, daß die Verbrennungsreaktion
zwischen dem Brennstoff und dem Stickoxid in erster Linie in der
Gasphase erfolgt, eingeschlossen wird, um den Gegenstand der Erfindung
verstehen zu helfen, und keineswegs die Erfindung in ihren weiteren
Anwendungen zu begrenzen.