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Die
Erfindung betrifft einen Gasgenerator für ein Insassenschutzsystem
eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Gasgeneratoren
für Insassenschutzsysteme in
Fahrzeugen dienen dazu, Gassäcke
zum Schutz der Insassen bei einem Unfall mit Gas zu befüllen und
aufzublasen. Je nach Anwendungsbereich des Gassackes ist es wünschenswert,
dass der Gasdruck im Gassack über
einen längeren
Zeitraum, insbesondere über
mehrere Sekunden, aufrecht erhalten bleibt. Dies ist insbesondere
bei Gassäcken
für den
Seitenschutz notwendig, da ein Fahrzeugüberschlag im Allgemeinen eine
gewisse Zeitdauer andauert, innerhalb derer der Gassack zum Schutz
der Insassen prall gefüllt
sein soll. Eine solche lange Standzeit ist mit einem Kaltgasgenerator
erreichbar, bei dem ein kaltes Druckgas als Füllgas dient. Die von einem
pyrotechnischen Gasgenerator erzeugten heißen Gase würden hingegen aufgrund ihrer schnellen
Abkühlung
zu einem ebenso schnellen Druckabfall innerhalb des Gassacks führen.
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Kaltgasgeneratoren
weisen im Allgemeinen einen Druckgasspeicher auf, in dem das gespeicherte
Druckgas unter hohem Druck gespeichert ist. Zur Öffnung des Druckgasspeichers
wird üblicherweise eine
pyrotechnische Feststoffladung verwendet, die gleichzeitig einen
Beitrag zur Füllung
des Gassackes liefern kann. Man spricht dann von sogenannten Hybridgasgeneratoren.
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Ein
sicheres Verschließen
des Druckgasspeichers auch bei hohen Außentemperaturen und ein schnelles
und zuverlässiges Öffnen des
Druckgasspeichers im Auslösefall
ist für
die zuverlässige Anwendung
dieser Gasgeneratoren essentiell.
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Ein
solcher Hybridgasgenerator ist beispielsweise aus der
DE 199 51 672 A1 bekannt.
Ein Druckgasspeicher ist hier mit einer Berstscheibe gasdicht verschlossen.
Die Berstscheibe stützt
sich gegen den Behälterinnendruck
an einer Stützeinrichtung
ab, die durch den bei der Verbrennung einer pyrotechnischen Feststoffladung
entstehenden Druck teilweise zerstörbar und/oder bewegbar ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist, einen verbesserten Gasgenerator
mit einem Druckgasspeicher anzugeben, bei dem der Druckgasspeicher sicher
verschlossen und reaktionsschnell geöffnet werden kann.
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Die
Aufgabe wird durch einen Gasgenerator für ein Insassenschutzsystem
eines Fahrzeuges gemäß dem Anspruch
1 gelöst.
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Dem
gemäß weist
der Gasgenerator einen eine Ausströmöffnung aufweisenden Druckgasspeicher
zur Speicherung eines Druckgases auf, wobei die Ausströmöffnung mit
einer Bersteinrichtung verschlossen ist und zur Öffnung der Ausströmöffnung eine
ein Gas erzeugende Auslösevorrichtung
vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist, mindestens
eine weitere Bersteinrichtung vorgesehen, wobei sich die Bersteinrichtungen
bei verschlossenem Druckgasspeicher gegeneinander abstützen und
zum Bersten einer Bersteinrichtung zwischen den Bersteinrichtungen
mittels des erzeugten Gases der Auslösevorrichtung ein erhöhter Druck
aufbaubar ist.
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Die
Grundidee der Erfindung ist also, den Druckgasspeicher mittels mindestens
zweier Bersteinrichtungen zu verschließen. Die Bersteinrichtungen
können
insbesondere als Berstscheiben oder andere Membranen ausgeführt sein.
Durch eine geeignete Festlegung der Festigkeitswerte, insbesondere
durch die Materialwahl, die Dicke und die Geometrie der Bersteinrichtungen
werden sie derart ausgebildet, dass sie dem Innendruck des Druckgasspeichers
nur gemeinsam standhalten können.
Als Konsequenz daraus werden bei Zerstörung einer ersten Bersteinrichtung
auch die anderen Bersteinrichtungen unter dem Innendruck des Druckgasspeichers
zerstört
werden. Durch die Zerstörung
mindestens einer Bersteinrichtung wird also die Öffnung des Druckgasspeichers
erreicht.
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Die
Zerstörung
einer ersten Bersteinrichtung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass zwischen
den Bersteinrichtungen mittels des erzeugten Gases der Auslösevorrichtung
ein erhöhter
Druck aufbaubar ist. Auf die äußere der
Bersteinrichtungen wirkt daher der Druck des erzeugten Gases der
Auslösevorrichtung
und zusätzlich
der Teil des Innendruckes des Druckgasspeichers, der von den innenliegenden
Bersteinrichtungen auf die außenliegende Bersteinrichtung übertragen
wird. Auf die innenliegenden Bersteinrichtungen wirkt hingegen der
Innendruck des Druckgasspeichers abzüglich des erhöhten Drucks
des erzeugten Gases der Auslösevorrichtung
und abzüglich
des Krafteintrages auf die äußeren Bersteinrichtungen.
Die äußerste Bersteinrichtung
wird daher bei Erreichen eines durch die Auslösevorrichtung aufgebauten,
kritischen Druckes zuerst bersten. Die inneren Bersteinrichtungen
können dann
aufgrund ihrer Auslegung dem Innendruck des Druckgasspeichers nicht
mehr standhalten und bersten ebenfalls. Damit wird der Druckgasspeicher
geöffnet.
Hierdurch wird zum einen ein sicheres Verschließen des Druckgasspeichers durch
die mindestens zwei Bersteinrichtungen und zum anderen ein effizientes
und schnelles Öffnen
des Druckgasspeichers erreicht.
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Um
zwischen mindestens zwei Bersteinrichtungen zuverlässig und
effizient einen erhöhten Druck
aufbauen zu können,
wird vorteilhaft zwischen mindestens zwei Bersteinrichtungen ein
Hohlraum ausgebildet, in dem dann mittels des erzeugten Gases der
Auslösevorrichtung
ein erhöhter
Druck aufbaubar ist. Zur Ausbildung des Hohlraumes ist es von Vorteil,
wenn sich die beiden Bersteinrichtungen über ein Abstandselement gegeneinander
abstützen,
da über
das Abstandselement unter anderem die Dimensionierung des Hohlraumes
einfach eingestellt werden kann.
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Das
von der Auslösevorrichtung
erzeugte Gas wird vorteilhaft über
eine Gasleitung zwischen die mindestens zwei Bersteinrichtungen
geleitet. Diese Gasleitung ist in einer kostengünstigen Variante direkt in
eine die Bersteinrichtungen haltende Haltevorrichtung integriert.
Diese Haltevorrichtung kann weiterhin direkt in das Gehäuse des
Druckgasspeichers integriert werden, so dass hier durch Formung des
Gehäuses
des Druckgasspeichers gleichzeitig die Haltevorrichtung für die Bersteinrichtungen
und die Gasleitung zur Leitung des von der Auslösevorrichtung erzeugten Gases
hergestellt werden können.
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Eine
einfache Zuordnung der Auslösevorrichtung
zu dem Druckgasspeicher wird dadurch erreicht, dass eine Gasaustrittsöffnung der
Auslösevorrichtung
direkt gegenüber
der Gasleitung angeordnet ist, wobei zwischen der Gasaustrittsöffnung und
der Gasleitung ein Spalt vorhanden sein kann. Da das Gas der Auslösevorrichtung
mit hoher Geschwindigkeit aus der Gasaustrittsöffnung austritt, kann der so entstehende
Gasstrahl direkt in die Gasleitung hinein gezielt werden. Eine direkte
Verbindung der Gasaustrittsöffnung
mit der Gasleitung ist daher nicht erforderlich. Hierdurch kann
die Montage des Gasgenerators erheblich vereinfacht werden. In einer
weiteren Variante ist es jedoch auch möglich, die Gasaustrittsöffnung mit
der Gasleitung dichtend zu verbinden.
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Soll
das Gas der Auslösevorrichtung
gleichzeitig zum Befüllen
eines Gassackes dienen, so bietet es sich an, die Auslösevorrichtung
direkt in eine Vorkammer einströmen
zu lassen und dann von dieser Vorkammer in die Gasleitung zu führen. Der
in der Vorkammer aufgebaute Druck der Auslösevorrichtung kann dann weiterhin
zum Befüllen
eines Gassackes verwendet werden.
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Ein
besonders kompaktes Baumaß des
Gasgenerators wird in einer Weiterbildung der Erfindung dadurch
erreicht, dass zwischen den Bersteinrichtungen ein gaserzeugender
Treibsatz der Auslösevorrichtung
vorgesehen ist. Der gaserzeugende Treibsatz kann sich dabei entweder über den
gesamten Bereich der Ausströmöffnung des
Druckgasspeichers oder nur in einem Teilbereich zwischen den Bersteinrichtungen
befinden. Die Bersteinrichtungen können sich insbesondere auch über den
Treibsatz gegeneinander abstützen.
Um eine möglichst
effiziente Ausnutzung des von dem Treibsatz entwickelten Gases zu
erreichen bzw. einen möglichst
kleinen Treibsatz verwenden zu können,
bietet es sich an, den zwischen den Bersteinrichtungen liegenden Hohlraum
im Wesentlichen gasdicht abzuschließen. Durch diese Ausführungsform,
bei der ein Treibsatz der Auslösevorrichtung
zwischen den Bersteinrichtungen liegt, lässt sich ein sehr kompaktes
Baumaß des
Gasgenerators erreichen. Das Baumaß bestimmt sich dabei im Wesentlichen
nur durch die Ausdehnung des Druckgasspeichers. Die Auslösevorrichtung
befindet sich dann im Wesentlichen im Verschluss der Ausströmöffnung des
Druckgasspeichers.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen der Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung
durch einen Gasgenerator im Bereich der Ausströmöffnung eines Druckgasspeichers;
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2 eine Schnittdarstellung
durch einen Gasgenerator im Bereich der Ausströmöffnung eines Druckgasspeichers,
wobei die Ausströmöffnung durch
zwei Bersteinrichtungen verschlossen ist und zwischen den Bersteinrichtungen
ein Hohlraum ausgebildet ist;
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3 eine Schnittdarstellung
eines Gasgenerators im Bereich der Ausströmöffnung eines Druckgasspeichers
mit zwei Bersteinrichtungen, die sich über ein Abstandselement gegeneinander
abstützen;
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4 eine Schnittdarstellung
durch einen weiteren Gasgenerator im Bereich der Ausströmöffnung eines
Druckgasspeichers, bei dem Gas von einer Auslösevorrichtung zunächst in
eine Vorkammer einströmbar
ist;
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5 eine Schnittdarstellung
durch einen Gasgenerator im Bereich der Ausströmöffnung eines Druckgasspeichers,
wobei zwischen zwei Bersteinrichtungen ein gaserzeugender Treibsatz
angeordnet ist; und
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In 1 ist in einer Schnittdarstellung
ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Gasgenerators gezeigt.
Ein Druckgasspeicher in Form einer Druckgasflasche 1 mit
einem Gehäuse 11 ist
mit einem Druckgas gefüllt,
das bei Auslösung
des Gasgenerators zur Beaufschlagung beispielsweise eines Gassacks
dient. Im Gehäuse 11 der
Druckgasflasche 1 ist eine Ausströmöffnung 100 vorgesehen,
aus der das in der Druckgasflasche 1 gespeicherte Druckgas ausströmen kann.
Diese Ausströmöffnung ist
durch zwei Bersteinrichtungen in Form vom Membranen 2, 3 verschlossen.
Die beiden Membranen 2, 3 stützen sich dabei aneinander
ab und sind in der in 1 gezeigten
Ausführungsform
durch den in der Druckgasflasche 1 herrschenden Innendruck
nach außen
hin ausgewölbt.
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Die
beiden Membranen 2, 3 sind so ausgestaltet, dass
die dem in der Druckgasflasche 1 herrschenden Innendruck
nur gemeinsam standhalten können.
Eine einzige der beiden Membranen 2, 3 kann dem
Innendruck hingegen nicht standhalten und birst unter dem aufgebrachten
Druck. Nur durch die Abstützung
der beiden Membranen 2, 3 gegeneinander kann eine
zuverlässige
Abdichtung der Druckgasflasche 1 erreicht werden.
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Die
beiden Membranen 2, 3 sind in einer Haltevorrichtung 12,
die am Gehäuse 11 der
Druckgasflasche 1 befestigt ist, gehalten. Es wird so ein
gasdichter Abschluss des Innenraums der Druckgasflasche 1 durch
die beiden Membranen 2, 3 erreicht, wobei die
eigentliche Dichtung durch die in Richtung des Innraums gerichtete
Membran 2 erreicht wird.
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In
der Haltevorrichtung 12 ist eine Gasleitung 10 vorgesehen,
mit der ein von einer schematisch angedeuteten Auslösevorrichtung 5 erzeugtes
Gas zwischen die beiden Membranen 2, 3 geleitet
werden kann. Die Auslösevorrichtung 5 weist
insbesondere einen pyrotechnischen Treibsatz auf und dient zur Auslösung des
Gasgenerators. Hier kann beispielsweise ein bekannter Feststoffgasgenerator
als Auslösevorrichtung 5 dienen.
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Das
in der Auslösevorrichtung 5 generierte Gas
entweicht über
eine Öffnung 51 der
Auslösevorrichtung.
Diese Öffnung 51 ist
gegenüber
der Gasleitung 10 angeordnet, so dass das Gas mit einer
hohen Ausströmgeschwindigkeit
gezielt in die Gasleitung 10 strömt. Dabei kann auch ein Luftspalt 53 zwischen der Öffnung 51 und
der Gasleitung 10 überbrückt werden.
Gasleitung 10 und Öffnung 51 schließen also
nicht gasdicht miteinander ab.
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Ein
gasdichter Abschluss, bei dem die Öffnung direkt dichtend mit
der Gasleitung abschließt, ist
in einer hier nicht dargestellten Weiterbildung der in 1 gezeigten Ausführungsform
vorgesehen.
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Über die
Gasleitung 10 kann durch das Gas der Auslösevorrichtung
zwischen den beiden Membranen 2, 3 ein erhöhter Druck
aufgebaut werden. Erreicht dieser Druck eine kritische Höhe, so birst
eine der beiden Membranen 3, wodurch dann die verbleibende
Membran 2 mit dem vollen Innendruck der Druckgasflasche 1 beaufschlagt
wird. Unter diesem Innendruck kollabiert auch die zweite Membran 2,
so dass die Ausströmöffnung 100 der
Druckgasflasche 1 geöffnet
ist.
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Die Öffnung der
Ausströmöffnung 100 wird hier
also durch eine Kombination von zwei Membranen, die dem Innendruck
der Druckgasflasche allein nicht standhalten können, und einer zusätzlichen
Beaufschlagung der Membranen durch ein von einer Auslösevorrichtung
erzeugten Gas erreicht. Dabei wird zunächst eine der beiden Membranen 2, 3 durch das
von der Auslösevorrichtung
bereitgestellte Gas zerstört,
woraufhin auch die zweite Membran durch den in der Druckgasflasche 1 herrschenden
Innendruck kollabiert.
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In 2 ist eine Weiterbildung
dieses Prinzips gezeigt. Hier ist wiederum eine Druckgasflasche 1 mit
zwei Membranen 2, 3 verschlossen. Die innenliegende
Membran 2 ist dabei so in einer in das Gehäuse 11 der
Druckgasflasche 1 integrierten Haltevorrichtung 12 gehalten,
dass sie erst nach einer deutlichen Auswölbung mit der zweiten Membran 3 in Kontakt
tritt. Durch unterschiedliche Ausgestaltung der Membranen 2, 3,
insbesondere bezüglich
ihrer Radien, ihres Materials und/oder ihrer Dicke lassen sich so
unterschiedliche Wölbungsstrukturen
einer oder beider Membranen 2, 3 erzielen. Aufgrund
der Wölbung
entsteht zwischen den beiden Membranen ein Hohlraum 23.
Dieser Hohlraum ist im Wesentlichen gasdicht abgeschlossen und kommuniziert
im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel über eine Gasleitung 10 mit
einer direkt mit an diese angeschlossene Auslösevorrichtung 5.
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Die Öffnung der
Ausströmöffnung 100 der Druckgasflasche 1 wird
wiederum durch Aufbau eines erhöhten
Druckes zwischen den beiden Membranen 2, 3 durch
das in der Auslösevorrichtung 5 erzeugte
Gas erreicht. Das in der Auslösevorrichtung 5 erzeugte
Gas gelangt über
den Gaskanal 10 in den zwischen den beiden Membranen 2, 3 liegenden Hohlraum 23.
Hier baut sich schnell ein erhöhter Druck
auf, der sowohl auf die außenliegende
Membran 3 als auch auf die innenliegende Membran 2 wirkt.
Auf die innenliegende Membran wirkt daher ein Druck, der sich aus
dem Innendruck der Druckgasflasche 1 abzüglich dem
in den Hohlraum 23 aufgebauten Druck zusammensetzt – also ein
reduzierter Druck. Auf die äußere Membran 3 wirkt
der in dem Hohlraum 23 durch das einströmende Gas aufgebaute erhöhte Druck
zuzüglich
dem von der Membran 2 übertragenen
Teil des Innendrucks der Druckgasflasche 1 – also ein
erhöhter
Druck. Die außenliegende Membran 3 wird
daher üblicherweise
zuerst kollabieren. Die innenliegende Membran 2 wird daraufhin nach
dem Wegfall der Abstützung
durch die äußere Membran 3 voll
mit dem in der Druckgasflasche 1 wirkenden Innendruck beaufschlagt
und daher ebenfalls zerstört.
Damit ist die Ausströmöffnung 100 geöffnet.
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In 3 ist eine Weiterbildung
der in 2 gezeigten Ausführungsform
gezeigt. Hier stützen sich
die beiden Membranen 2, 3 über ein Abstandselement 4,
das beispielsweise als Distanzscheibe oder Distanzring ausgebildet
sein kann, gegeneinander ab. Dadurch wird der zwischen den beiden
Membranen 2, 3 gebildete Hohlraum 23 vergrößert bzw.
die Auswölbung
der innenliegenden Membran 2 verringert. Über die
Dimensionierung des Abstandselements 4 lassen sich so die
gewünschten
Volumina für den
Hohlraum 23 zwischen den beiden Membranen 2, 3 einstellen.
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In 4 ist eine weitere Ausgestaltung
eines erfindungsgemäßen Gasgenerators
gezeigt. Eine Druckgasflasche 1 ist in einem Gehäuse 9 des
Gasgenerators angeordnet, wobei das Gehäuse 9 einfach über die
Druckgasflasche 1 gestülpt
sein kann. Die Druckgasflasche 1 ist wiederum mit zwei
Membranen 2, 3 verschlossen, die sich gegeneinander über ein
Abstandselement 4 abstützen.
In den zwischen den beiden Membranen 2, 3 liegenden
Hohlraum 23 kann Gas über
eine im Gehäuse 11 der Druckgasflasche 1 liegende
Gasleitung 10 einströmen.
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Das
Gehäuse 9 weist
eine Kammer 90 auf, in die das von der Auslösevorrichtung 5 erzeugte
Gas einströmen
kann. Aus der Kammer 90 kann über eine gegenüber der Öffnung der
Gasleitung 10 liegende Öffnung 91 der
Kammer 90 von der Auslösevorrichtung 5 erzeugtes
Gas in die Gasleitung 10 einströmen. Dabei wird ein zwischen
der Öffnung 91 der Kammer 90 und
der Gasleitung 10 liegender Luftspalt überbrückt, da das Gas mit einer hohen
Ausströmgeschwindigkeit
aus der Öffnung 91 gezielt
in die Gasleitung 10 strömt.
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Der
erforderliche Überdruck
im Hohlraum 23 zwischen den beiden Membranen 2, 3 wird
daher aufgrund der hohen Ausströmgeschwindigkeit
des Gases aus der Öffnung 91 der
Kammer 90 erreicht. Die Membranen 2, 3 werden
in der bereits beschriebenen Weise zerstört und die Ausströmöffnung 100 der
Druckgasflasche 1 wird geöffnet.
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In 5 ist eine Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Gasgenerators
gezeigt. Die Ausströmöffnung 100 einer
Druckgasflasche 1 ist wiederum über zwei Membranen 2, 3 gasdicht
verschlossen. Die Membranen werden wiederum in einer Haltevorrichtung 12,
die an dem Gehäuse 11 der
Druckgasflasche 1 angebracht ist, gasdicht gehalten. Zwischen
den beiden Membranen 2, 3 ist in dieser Ausführungsform
ein Treibsatz 55 der Auslösevorrichtung angeordnet. Der
Treibsatz 55 kann sich dabei entweder über die ganze Fläche zwischen
den beiden Membranen 2, 3 erstrecken, oder aber
nur in einem Teilbereich, insbesondere einem Ring, zwischen den
beiden Membranen 2, 3 erstrecken.
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Die
beiden Membranen 2, 3 können sich daher über einen
als Festkörper
ausgebildeten Treibsatz 55 gegeneinander abstützen. Zündkontakte 56 stehen
im direkten Kontakt mit dem Treibsatz 55, wobei die Zündkontakte
dabei durch die Haltevorrichtung 12 hindurchgeführt werden.
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Zur Öffnung der
Ausströmöffnung 100 wird nun
der Treibsatz 55 über
die Zündkontakte 56 gezündet, wodurch
sich ein Gas im Zwischenraum 23 zwischen den beiden Membranen 2, 3 entwickelt. Dieses
Gas baut einen erhöhten
Druck im Hohlraum 23 auf, der letztendlich nach dem bekannten
Prinzip zur Zerstörung
der beiden Membranen 2, 3 führt. Auch hier sind die beiden
Membranen so ausgebildet, dass sie nur gemeinsam den Innendruck
der Druckgasflasche 1 standhalten.