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Hintergrund
der Erfindung
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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung
und, im Besonderen, auf eine Aufblasvorrichtung für eine aufblasbare
Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung, beispielsweise einen Airbag.
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Die
europäische
Patentanmeldung Nr.
EP
0 903 487 A2 beschreibt ein integriertes gepulstes Antriebssystem
für einen
Mikrosatelliten und, im besonderen, ein Mikroschubtriebwerk für einen
Mikrosatelliten. Das Mikroschubtriebwerk ist mit einer Kammer ausgebildet,
die durch eine Membran verschlossen ist, die als eine Ausblasscheibe
wirkt. Ein Strömungsmittel,
beispielsweise ein inertes Gas, ist innerhalb der Kammer angeordnet.
Das Erhitzen bzw. Erwärmen
des Gases bewirkt, daß sich
der Gasdruck erhöht,
bis die Membran reißt,
was wiederum bewirkt, daß das
Gas aus der Kammer strömt.
Das strömende Gas
wirkt als ein Treibmittel und sieht eine kleine Krafteinheit vor.
Das Mikroschubtriebwerk ist angepaßt, um durch bekannte Chargenverarbeitungsverfahren
mit 104 bis 106 Mikroschubtriebwerken pro Wafer geformt zu werden.
Die Krafteinheit kann skaliert werden, indem die Anzahl der für eine Anwendung
verwendeten Mikroschubtriebwerke, die Geometrie der Kammer und die
Art des innerhalb der Kammer verwendeten Strömungsmittels variiert werden.
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Das
in
EP 0 903 487 A2 beschriebene
Mikroschubtriebwerk ist anderswo in der Literatur als aus einem
3lagigen Sandwich bestehend beschrieben. Die Oberschicht enthält eine
Anordnung dünner Membranen
(0,5 Mikron dickes Siliziumnitrid, 190 oder 290 oder 390 Quadratmikron).
Die Mittelschicht enthält
eine Anordnung von Durchgangslöchern (Schott
FOTURAN
® photoemp findliches
Glas, 1,5 mm dick, Löcher
mit 300, 500 oder 700 Mikron Durch messer), die mit Treibmittel
geladen sind. Die Unterschicht enthält eine passende Anordnung
von Polysilizium-Mikrowiderständen.
Die unteren zwei Schichten werden miteinander verbunden, Treibmittel
wird der Mittelschicht zugefügt,
dann wird die Oberschicht verbunden, um die Anordnung zu vervollständigen. Mit
unterschiedlichen Größen von
Plenum- bzw. Sammellöchern,
Membranen und Widerständen
können
viele unterschiedliche Konfigurationen angeordnet bzw. zusammengestellt
werden.
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Diese
Art von Mikroschubtriebwerk ist eine Art von Einrichtung, die in
der Technik als eine "mikroelektromechanische
Systemeinrichtung" oder "MEMS-Einrichtung" bekannt ist. Diese
Art von Einrichtung ist bekannt für die Verwendung bei einer Auswahl
von Anwendungen. Zum Beispiel offenbart US-Patent Nr. 5,880,921 eine monolithisch
integrierte geschaltete Kondensatorbank, die MEMS-Technologie verwendet.
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Andere
Einsatzgebiete von MEMS-Einrichtungen sind aus der Kraftfahrzeugtechnik
bekannt. So ist in der
DE
101 61 515 A1 eine Airbag-Aufblasvorrichtung eines Kraftfahrzeuges
mit einer Vielzahl individuell erregbarer MEMS-Einrichtungen offenbart.
Die MEMS-Einrichtungen sind als Aufblasströmungsmittelquellen ausgebildet,
die bei Erregung ein Aufblasströmungsmittel
abgeben. Wird das Fahrzeug in einen Unfall verwickelt, so wird dies
von Sensoren erfasst, woraufhin die MEMS-Einrichtungen erregt werden.
Sie geben das Aufblasströmungsmittel frei
und der Airbag wird dadurch aufgeblasen.
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In
der
DE 101 61 955
A1 sind ebenfalls MEMS-Einrichtungen innerhalb eines Kraftfahrzeuges
gezeigt, die als Strömungsmittelquellen
ausgebildet sind. Hier sind die MEMS-Einrichtungen Teil einer Vorspannvorrichtung
für ein
Sitzgurtband. Sie werden wie in der zuvor genannten Schrift dann
erregt, wenn Sensoren einen bestimmten Zustand des Fahrzeuges erfassen,
jedoch dient das von ihnen freigegeben Strömungsmittel zur Betätigung eines Kolbens
der Vorspannvorrichtung.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist eine betätigbare Aufblasvorrichtung
für eine
aufblasbare Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung Die Aufblasvorrichtung
weist eine Anordnung auf, die eine Vielzahl individuell erregbarer
mikroelektromechanischer System(MEMS)-Einrichtungen aufweist, um
bei Erregung die Aufblasvorrtchtung zu betätigen. Die Anordnung weist
des weiteren einen Sensormechanismus zum Abfühlen eines Zustands der Aufblasvorrichtung auf
und zum Erzeugen eines für
den abgefühlten
Zustand anzeigenden Steuersignals. Die Vielzahl von MEMS-Einrichtungen
sind ansprechend auf das Steuersignal, um Betätigung der Aufblasvorrichtung zu
steuern.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorangegangenen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden einem Fachmann des Gebietes, auf das sich die vorliegende
Erfindung bezieht, beim Lesen der folgenden Beschreibung der Erfindung
offen sichtlich werden, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen,
in denen zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Helfen beim Schützen eines
Fahrzeuginsassen, die eine gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung konstruierte Aufblasvorrichtung umfaßt;
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2 eine
schematische Perspektivansicht einer MEMS-Zünderanordnung, die Teil der
Aufblasvorrichtung der 1 bildet;
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3 eine
schematische Schnittansicht der Zünderanordnung der 2;
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4 eine
Teilperspektivansicht einer MEMS-Einrichtung, die Teil der Zünderanordnung der 2 bildet;
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5 eine
Explosionsperspektivansicht der MEMS-Einrichtung der 4;
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6 eine
schematische Darstellung, teils geschnitten, der Aufblasvorrichtung
der 1;
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7 eine
schematische Teilansicht eines Teils einer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konstruierten Aufblasvorrichtung;
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8 eine
schematische Darstellung, teils geschnitten, einer gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konstruierten Aufblasvorrichtung;
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9 eine
schematische Darstellung, teils geschnitten, einer gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konstruierten Aufblasvorrichtung; und
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10 eine
Schnittansicht entlang der Linie 10-10 der 9.
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Detaillierte
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuginsassenschutzvorrichtung
und, im besonderen, auf eine Aufblasvorrichtung für eine aufblasbare
Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung, beispielsweise einen Airbag.
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Repräsentativ
für die
vorliegende Erfindung stellt 1 schematisch
eine Aufblasvorrichtung 10 dar. Die Aufblasvorrichtung 10 bildet
Teil einer Vor richtung 12 zum Helfen beim Schützen eines
Fahrzeuginsassen. Die Aufblasvorrichtung 10 umfaßt einen
elektrisch erregbaren Zünder 14 und
eine Aufblasströmungsmittelquelle 16,
die durch den Zünder betätigbar ist.
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Die
Vorrichtung 12 umfaßt
eine bestimmte betätigbare
Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung in Form eines Airbags 18.
Andere betätigbare
Fahrzeuginsassenschutzeinrichtungen, die gemäß der Erfindung verwendet werden
können,
umfassen zum Beispiel aufblasbare Sitzgurte, aufblasbare Kniepolster,
aufblasbare Auskleidungen im Kopfbereich, aufblasbare Seitenvorhänge, durch
Airbags betätigte Kniepolster
und Sitzgurtvorspannvorrichtungen.
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Die
Vorrichtung 12 umfaßt
des weiteren elektrische Fahrzeugschaltung 20 zum Betätigen des Zünders 14 der
Aufblasvorrichtung 10, wenn es erwünscht ist, zu helfen, den Fahrzeuginsassen
durch Betätigung
der Einrichtung 12 zu schützen.
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Die
elektrische Fahrzeugschaltung 20 umfaßt eine Steuerung 22.
Die Steuerung 22 umfaßt vorzugsweise
einen oder mehrere Mikroprozessoren zum Steuern des Betriebs der
Aufblasvorrichtung 10. Die Steuerung 22 kann,
zum Beispiel, eine Vielzahl von diskreten Komponenten und/oder eine
Kombination von diskreten Komponenten und integrierten Schaltungen
sein. In einem Beispiel ist die Steuerung 22 ein Mikrocomputer,
der sensorische Eingaben von einer oder mehreren Quellen empfängt, beispielsweise
Insassenzustandssensoren und Fahrzeugzustandssensoren, und, unter
Verwendung der sensorischen Eingaben, Bestimmungen zur Steuerung
der Aufblasvorrichtung 10 durchführt.
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Die
Aufblasvorrichtung 10 (2-6) umfaßt eine
Vielzahl mikroelektromechanischer System(MEMS)-Einrichtungen 30.
Die MEMS-Einrichtungen 30 können im Zünder 14 umfaßt sein
oder können
in der Aufblasströmungsmittelquelle 16 umfaßt sein.
Wenn die MEMS-Einrichtungen 30 im Zünder 14 umfaßt sind,
werden die MEMS-Einrichtungen verwendet, um zu helfen, die Aufblasströmungsmittelquelle 16 der
Aufblasvorrichtung 10 zu betätigen.
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Wenn
die MEMS-Einrichtungen 30 in der Aufblasvorrichtung 10 als
Teil der Aufblasströmungsmittelquelle 16 umfaßt sind,
werden die MEMS-Einrichtungen
verwendet, um Aufblasströmungsmittel zum
Aufblasen des Airbags 18 zu liefern.
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In
dem in den 2-6 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die MEMS-Einrichtungen 30 in
einer Anordnung 31 umfaßt, die alles oder einen Teil
des Zünders 14 der
Aufblasvorrichtung 10 bildet. Die Anordnung 31 umfaßt außerdem einen
Sensormechanismus 60, der unten in Einzelheit beschrieben
ist.
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Die
Vielzahl von MEMS-Einrichtungen 30, wie sie im Zünder 14 inkorporiert
ist, kann auf jede der zahlreichen unterschiedlichen Weisen konfiguriert
sein. Zum Beispiel sind in der in 2 gezeigten Anordnung/Zünder drei
der MEMS-Einrichtungen 30 in der Anordnung 31 umfaßt.
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Jede
der MEMS-Einrichtungen
30 ist wie in den
4 und
5 gezeigt
konfiguriert. Jede der MEMS-Einrichtungen
30 ist eine mehrlagige
Einrichtung, die in einer Weise ähnlich
der hergestellt werden kann, die in der europäischen Patentanmeldung
EP 0 903 487 A2 und
in dem Artikel D. Lewis et al., „Digital Micropropulsion", Sensors and Actuators
A: Physical, Bd. 80, Nr. 2 Elsevier, März, 2000, S. 143-154 beschrieben.
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Jede
MEMS-Einrichtung 30 umfaßt eine Bodenschicht oder Basis 32.
Die Basis 32 kann unter Verwendung von Standard-Komplementärmetalloxid-Halbleiter(complementary
metal oxide semiconductor)(CMOS)-Verfahren hergestellt sein. Die
Basis 32 kann aus Silizium oder einem anderen geeigneten Material
hergestellt sein, beispielsweise einem Polyimid oder Keramik.
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Die
Basis 32 hat eine rechteckige Konfiguration und umfaßt elektrische
Schaltung 36. Die elektrische Schaltung auf der Basis 32 kann
Adressier- und Steuerelektroniken
umfassen. Die elektrische Schaltung 36 umfaßt außerdem eine
Vielzahl individuell erregbarer elektrischer Heizelemente 38,
die mit Anschlußstiften 40 verbunden
sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
umfaßt
die elektrische Schaltung 36 neun individuell erregbare
elektrische Heizelemente 38. Die neun Heizelemente 38 sind
in einer rechteckigen 3 × 3-Anordnung
auf der Basis 32 beabstandet.
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Die
Heizelemente 38 können
Polysilizium-Widerstände
oder andere Mikrowiderstände
sein, beispielsweise Nickel, Niob und Niobnitrid. Die Heizelemente 38 können alternativ
als eine Reaktivbrücke
ausgebildet sein. Eine Reaktivbrücke
ist eine Brücke
in Drahtform bimetallischer Konstruktion, die bei elektrischer Erregung
Thermalenergie abgibt, vorwiegend durch die Freigabe von Legierungs-
oder intermetallischer Bildungswärme
von den chemisch reagierten Metallen. Reaktivbrücken sind in den US-Patenten
Nr. 2,911,504 und 3,503,814 gezeigt und können im Handel von Sigmund
Cohn Corp., 121 South Columbus Avenue, Mount Vernon, New York, Internetseite
www.sigmundcohn.com, unter dem Markennamen PYROFUZE® bezogen
werden. Wenn die zwei metallischen Elemente der Reaktivbrücke auf
die Zündungstemperatur
gebracht werden durch das Strömen
von elektrischem Strom, legieren sie schnell, was zu einer sofortigen
Deflagration ohne die Unterstützung
von Sauerstoff führt.
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Die
MEMS-Einrichtung 32 umfaßt außerdem eine Mittelschicht 42,
die auf der Basis 32 ausgebildet ist. Die Mittelschicht 42 umfaßt einen
Treibmittelblock 44. Der Treibmittelblock 44 definiert
eine Reihe zylindrischer Plenum- oder
Treibmittelkammern 46. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
umfaßt
der Treibmittelblock 44 neun Treibmittelkammern 46.
Die neun Treibmittelkammern 46 sind im Treibmittelblock 44 in
der gleichen rechteckigen 3 × 3-Anordnung
beabstandet wie die neun Heizelemente 38 auf der Basis 32.
Die Heizelemente 38 sind in einer eins-zu-eins-Beziehung
den Treibmittelkammern 46 zugeordnet, um bei Erregung die
Inhalte der Treibmittelkammern zu erwärmen bzw. zu erhitzen.
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Ein
geeignetes Material für
die Mittelschicht 42 ist hartes anodisiertes Aluminium.
Ein weiteres geeignetes Material ist photoempfindliches Glas der Mar ke
Foturan. Foturan ist eine eingetragene Marke der Schott Glaswerke
in Mainz, Deutschland, für
ihre aus Glas oder Glaskeramik hergestellten Materialien. Diese
Materialien können
verwendet werden, um sehr feine Strukturen mit engen Toleranzen
und hohen Aspektverhältnissen
(Lochtiefe zu Lochweite) herzustellen.
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Die
Mittelschicht 42 der MEMS-Einrichtung 30 umfaßt außerdem,
in jeder der Kammern 46, Inhalte, die erhitzbar sind, um
den Druck in der Kammer zu erhöhen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Inhalte der Kammern 46 Körper 48 aus einem
feststofflichen Treibmittelmaterial, oder pyrotechnischem Material,
das betätigbar
ist, oder zündbar,
beim Anwenden von Wärme,
um Strömungsmittel
unter Druck zu erzeugen. Jeder Treibmittelkörper 48 hat eine zylindrische
Konfiguration und füllt
eine entsprechende der Treibmittelkammern 46. Ein geeignetes
Material für
die Treibmittelkörper 48 ist
Zirkoniumkaliumperchlorat, das im allgemeinen in Zündern für Airbag-Aufblasvorrichtungen
verwendet wird. Ein weiteres geeignetes Material ist Kalium-Dinitrobenzofuroxan
(KDNBF).
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Jede
Einrichtung 30 umfaßt
außerdem
eine Oberschicht oder Außenschicht 50 mit
einer Vielzahl individuell zerreiß- bzw. zerbrechbarer Segmente oder
Membranen 52, die als Berstscheiben dienen. Die Membranen 52 sind
dünnwandige
Teile der Außenschicht 50.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
umfaßt
die Außenschicht 50 neun
individuelle Membranen 52. Die neun Membranen 52 sind
in der Außenschicht 50 in
der gleichen rechteckigen 3 × 3-Anordnung
beabstandet wie die neun Treibmittelkammern 46 und die
neun Heizelemente 38.
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Die
Außenschicht 50 kann
aus Aluminiumband oder Band der Marke Kapton hergestellt sein. Die
Membranen 52 können
dünnes
Siliziumnitrid sein, das nach einer anisotropen Naßätzung durch einen
Siliziumwafer überbleibt.
Andere geeignete Materialien umfassen Keramiken, beispielsweise
Siliziumkarbid, und Metalle. Die drei Schichten 32, 42 und 50 der
MEMS-Einrichtung 30 können
mit einem Hochleistungsklebeband oder einem RTV-Klebemittel von
Aerospace- bzw. Weltraumqualität
miteinander verbunden sein.
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Die
individuellen Membranen 52 der Außenschicht 50 sind
in einer eins-zu-eins-Beziehung
den individuellen Treibmittelkammern 46 zugeordnet. Jede
Membran 52 schließt
eine entsprechende Treibmittelkammer 46. Jede der Membranen 52 ist reißbar aufgrund
eines Druckanstiegs in ihrer zugeordneten Kammer 46, um
einen Strömungsmittelstrom
aus der Kammer freizugeben.
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Die
Anordnung 31 hat eine Basis 54, auf der die MEMS-Einrichtungen 20 angebracht
sind, und ein Paar von Leitungsdrähten 56. Die Leitungsdrähte 56 sind
elektrisch mit Stiftbefestigungsöffnungen (nicht
gezeigt) in der Anordnungsbasis 54 verbunden, um die Anschlußstifte 40 der
MEMS-Einrichtungen 30 aufzunehmen.
Die Anschlußstifte 40 jeder MEMS-Einrichtung 30 greifen
an den Stiftbefestigungsöffnungen
der Anordnungsbasis 54 ein, um die MEMS-Einrichtungen elektrisch
mit den Leitungsdrähten 56 zu
verbinden. Die Leitungsdrähte 56 sind elektrisch
mit der elektrischen Fahrzeugschaltung 20 verbunden.
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Ebenfalls
auf der Basis 54 der Anordnung 31 angebracht ist
ein Sensormechanismus 60. Der Sensormechanismus 60 funktioniert,
wie unten beschrieben, um einen Zustand der Aufblasvorrichtung abzufühlen und
um ein für
den abgefühlten
Zustand anzeigendes Steuersignal zu erzeugen. Der Sensormechanismus 60 in
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
weist eine Vielzahl individueller Sensoren auf. Es sei verstanden,
daß der
Sensormechanismus 60 nur einen Sensor aufweisen könnte. Jeder
der individuellen Sensoren ist klein genug, um auf eine chip-ähnliche
Anordnung 31 mit den MEMS-Einrichtungen 30 zu
passen.
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Der
Sensormechanismus 60 umfaßt einen Temperatursensor 62 auf
der Anordnung. Der Temperatursensor 62 funktioniert, um
die interne Temperatur der Aufblasvorrichtung 10 zu überwachen.
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Ein
Feuchtigkeitssensor 64 ist ebenfalls im Sensormechanismus 60 umfaßt. Der
Feuchtigkeitssensor 64 funktioniert, um die interne Feuchtigkeit der
Aufblasvorrichtung zu überwachen.
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Der
Sensormechanismus 60 umfaßt außerdem eine Gasanalyseeinrichtung 66.
Die Gasanalyseeinrichtung funktioniert, um die Zusammensetzung von
Gas in der Aufblasvorrichtung 10 zu überwachen, beispielsweise ein
Aufblasströmungsmittel.
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Der
Sensormechanismus 60 umfaßt des weiteren einen Drucksensor 67.
Der Drucksensor 67 funktioniert, um den internen Druck
der Aufblasvorrichtung 10 zu überwachen.
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Der
Sensormechanismus 60 umfaßt außerdem einen Beschleunigungsmesser 68.
Der Beschleunigungsmesser 68 funktioniert, um Beschleunigung
und Verzögerung
der Aufblasvorrichtung 10 zu überwachen.
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Der
Sensormechanismus 60 umfaßt des weiteren einen piezoelektrischen
Generator 70. Der piezoelektrische Generator 70 funktioniert
ansprechend auf Vibrationsenergie, um elektrischen Strom zu erzeugen,
um die Anordnung 31 mit Leistung zu versorgen. Die Anordnung 31 umfaßt außerdem einen
Kondensator 72 gemeinsam mit dem piezoelektrischen Generator 60,
um vom Generator erzeugte Leistung zu speichern. Daher kann die
Leistungsversorgung für
die Anordnung 31 innerhalb der Aufblasvorrichtung 10 gelegen
sein, ohne daß für diesen Zweck
Drähte
durch eine Außenwand
der Aufblasvorrichtung gehen.
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Die
Anordnung 31 ist in der Aufblasvorrichtung 10 in
einer in 6 schematisch gezeigten Weise
angebracht. Die Aufblasvorrichtung 10 umfaßt einen
Behälter 76,
der eine Kammer 78 definiert und eine Öffnung 80 hat. Die Öffnung 80 ist
durch eine Berstscheibe 82 verschlossen. Der Behälter 76 enthält die Aufblasströmungsmittelquelle 16,
die in dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel
einen Körper
aus zündbarem
Material 84 in der Kammer 78 aufweist. Die Anordnung 31 ist
benachbart zum Körper
aus zündbarem
Material 84 in der Kammer 78 angebracht.
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Im
Falle einer Fahrzeugkollision oder eines anderen Ereignisses, bei
dem Schutz des Fahrzeuginsassen erwünscht ist, sendet die elektrische Fahrzeugschaltung 20 ein
Betätigungssignal
an die Aufblasvorrichtung 10. Die elektrische Fahrzeugschaltung 20 funktioniert,
um ein Betätigungssignal zu
liefern zum Erregen jeder ausgewählten
einen oder mehrerer der MEMS-Einrichtungen 30 im
Zünder 14 der
Aufblasvorrichtung 10 zu einer ausgewählten Zeit. Zusätzlich funktioniert
die elektrische Fahrzeugschaltung 20, um ein Betätigungssignal
zu liefern zum Erregen jedes ausgewählten einen oder mehreren der
Heizelemente 38 innerhalb jeder der MEMS-Einrichtungen 30 zu
einer ausgewählten
Zeit. So ist die Aufblasvorrichtung 10 tatsächlich „digital" in ihrer Konstruktion
und Betrieb, das heiß,
sie weist eine große
Anzahl von diskreten, individuell betätigbaren Aufblasströmungsmittelquellen
auf.
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Wenn
ein individuelles Heizelement 38 einer der MEMS-Einrichtungen 30 erregt
wird, erzeugt es Wärme,
die in den zugeordneten Treibmittelkörper 48 übertragen
wird. Der Treibmittelkörper 48 zündet und erzeugt
Verbrennungsprodukte unter Druck, einschließlich Wärme. Der erhöhte Druck
in der Treibmittelkammer 46 bewirkt, daß die zugeordnete Membran 52 der
Oberschicht 50 reißt,
was die Verbrennungsprodukte freigibt, um aus der Treibmittelkammer
zu strömen.
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Die
Verbrennungsprodukte werden gegen den Körper aus zündbarem Material 84 geleitet
und zünden
ihn. Zündung
des Körpers
aus zündbarem Material 84 erzeugt
Aufblasströmungsmittel,
das den Druck in der Kammer 78 erhöht. Die Berstscheibe 82 reißt, und
das Aufblasströmungsmittel
wird durch einen Reaktionsbehälter
oder eine andere bei 86 schematisch gezeigte Einrichtung (1)
an die Insassenschutzeinrichtung 18 geleitet.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Insassenschutzeinrichtung 18 ein Airbag, und der Airbag
wird durch das von der Aufblasvorrichtung 10 strömende Strömungsmittel
aufgeblasen. Die Vorrichtung 12 könnte eine andere Einrichtung
als einen Reaktionsbehälter
umfassen, um das Strömungsmittel
zur Insassenschutzeinrichtung 18 zu leiten. Zum Beispiel
könnte
die Vorrichtung 12 ein an einem Sitz angebrachtes Airbagmodul
mit einem Diffusor sein, der Aufblasströmungsmittel in einen Airbag
leitet, oder eine Seitenvorhanganordnung einschließlich eines
Füllrohrs,
das Aufblasströmungsmittel
in einen aufblasbaren Seitenvorhang leitet.
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Die
Strömungsmittelausgabe
der Aufblasvorrichtung 10 hängt ab von und variiert mit
der Anzahl von MEMS-Einrichtungen 30, die erregt werden. Genau
gesagt, wenn relativ mehr der MEMS-Einrichtungen 30 der
Anordnung 31 erregt werden, wird eine relativ größere Menge
Verbrennungsprodukte gegen den Körper
aus zündbarem
Material 84 geleitet, und der Körper aus zündbarem Material verbrennt schneller.
Dies kann die Strömungsmittelausgaberate
der Aufblasvorrichtung 10 erhöhen. Umgekehrt, wenn relativ
weniger der MEMS-Einrichtungen 30 erregt werden, wird eine
relativ niedrigere Menge Verbrennungsprodukte gegen den Körper aus
zündbarem
Material 84 geleitet, und der Körper aus zündbarem Material verbrennt
langsamer. Dies kann die Strömungsmittelausgaberate
der Aufblasvorrichtung 10 verringern.
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Die
Strömungsmittelausgabe
der Aufblasvorrichtung 10 ist außerdem abhängig von der Zeit, zu der jeder
individuelle Treibmittelkörper 48 in
jeder MEMS-Einrichtung 30 gezündet wird, dem Volumen jeder
Treibmittelkammer 46 und der Art und Menge des in den Treibmittelkammern
angeordneten Treibmittels.
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In
der in der europäischen
Patentanmeldung
EP
0 903 487 A2 beschriebenen Mikroschubtriebwerksanwendung
ist jede Plenum- oder Treibmittelkammer ungefähr 1,5 mm hoch (Axiallänge) und
bis zu ungefähr
0,7 mm im Durchmesser. Die Tiefe jeder Plenumkammer kann bis zu
10 mm oder mehr erhöht werden,
und der Durchmesser jedes Plenums kann um mindestens einen Faktor
zwei erhöht
werden. Außerdem
kann eine verjüngte
Kammer verwendet werden statt einer zylindrischen Kammer. Eine MEMS-Einrichtung
zur Verwendung in der Aufblasvorrichtung
10 mit einer Anordnung
von drei bis fünfzehn
Plenums, kann bis zu ungefähr
einem halben Quadratzoll (in Länge
und Weite) sein. Eine Vielzahl individuell betätigbarer Einrichtungen dieser
Größe können eine
Aufblasvorrichtung mit ausreichender Strömungsmittelausgabe vorsehen,
um einen Airbag oder eine andere aufblasbare Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung
aufzublasen.
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Eine
Aufblasvorrichtung 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann eine große Anzahl
von Treibmittelkörpern 48 umfassen,
wodurch ein wesentlicher Bereich zum Anpassen der Strömungsmittelausgabe
der Aufblasvorrichtung ermöglicht
wird. Die elektrische Fahrzeugschaltung 20 kann die Strömungsmittelausgaberate
der Aufblasvorrichtung 10 über einen Zeitraum steuern,
indem sie selektiv die Zündung
jedes einen oder mehrerer einer Vielzahl von Treibmittelkörper 48 über einen
ausgewählten
Zeitraum bewirkt. Die Steuerung 22 funktioniert, in einer
bekannten Weise, um die Treibmittelkörper 48 alle gleichzeitig
oder in jeder gesteuerten Sequenz zu betätigen, abhängig von Informationen über das
Fahrzeugereignis und Insasseninformationen, die von entsprechenden
Sensoren empfangen werden, die Teil der elektrischen Fahrzeugschaltung 20 bilden.
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Eine
Aufblasvorrichtung gemäß der Erfindung
kann ohne den Körper
aus zündbarem
Material 84 hergestellt sein. In diesem Fall würden die
Verbrennungsprodukte der MEMS-Einrichtungen die Schutzeinrichtung 18 direkt
aufblasen. Die Strömungsmittelausgabe
einer solchen Aufblasvorrichtung würde abhängen von, und variieren mit,
der Anzahl der MEMS-Einrichtungen, die erregt werden, und wann sie
erregt werden.
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Die
Ausgabe des Sensormechanismus 60 wird verwendet, um zu
helfen, die Betätigung
der Aufblasvorrichtung 10 zu steuern. Genau gesagt sind
einige gaserzeugende Materialien empfindlich gegenüber Temperatur
und können,
wenn die Temperatur höher
ist, relativ weniger heiße
Verbrennungsprodukte vom zu zündenden
Zünder 14 erfordern
als erwünscht.
Abhängig
von der durch den Temperatursensor 62 abgefühlten Temperatur
kann die Steuerung 20 eine Bestimmung durchführen, wie
viele der MEMS-Einrichtungen 30 erregt werden müssen, um die
Verbrennung des Körpers
aus zündbarem
Material zu verbessern.
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Die
Aufblasvorrichtung 14 kann von der Bauart sein, in der
die MEMS-Einrichtungen 30 verwendet
werden, um gespeichertes Gas direkt zu erwärmen. In diesem Fall kann die
Temperatur des gespeicherten Gases überwacht werden, um die Strömungsmittelausgabe
der Aufblasvorrichtung zu verbessern. Abhängig von der vom Temperatursensor 62 abgefühlten Temperatur
kann die Steuerung 22 eine Bestimmung durchführen, wie
viele der MEMS-Einrichtungen 30 erregt werden müssen, um einen
gewünschten
Druck des gespeicherten Gases zu erhalten. Der Temperatursensor 62 kann
auch verwendet werden, um ungewöhnlich
hohe Temperatur der Aufblasvorrichtung 14 abzufühlen, wenn
sie nicht betätigt
ist und ansprechend darauf, die Selbstzündung der Aufblasvorrichtung
zu initiieren.
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Der
Feuchtigkeitssensor 64 des Sensormechanismus 60 funktioniert,
um die interne Feuchtigkeit der Aufblasvorrichtung 10 zu überwachen.
Einige gaserzeugende Materialien sind empfindlich gegenüber Feuchtigkeit
und können,
wenn die Feuchtigkeit höher
ist, relativ mehr heiße
Verbrennungsprodukte von den zu zündenden MEMS-Einrichtungen 30 erfordern
als erwünscht.
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Während der
Lebensdauer der Aufblasvorrichtung funktioniert die Gasanalyseeinrichtung 66 der
Anordnung 31, um die Zusammensetzung von Gas in einer Aufblasvorrichtung
mit gespeichertem Gas zu überwachen.
Die Gasanalyseeinrichtung 66 überwacht Gaszusammensetzung
und liefert eine Ausgabe an die Steuerung 22 zur Verwendung
beim, zum Beispiel, Steuern der Sequenz und Timing der Zündung der
MEMS-Einrichtungen 30. Die Gasanalyseeinrichtung 66 könnte eine
Schottky-Diode zum Messen von Wasserstoffgehalt oder Wasserstoffdruck
umfassen.
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Der
Drucksensor 67 der Anordnung 31 funktioniert,
um den internen Druck der Aufblasvorrichtung 10 zu überwachen.
Die Ausgabe des Drucksensors 67, die ein für den Druck
in der Aufblasvorrichtung 10 anzeigendes Steuersignal ist,
kann in einem Rückmeldesystem
mit geschlossener Schleife verwendet werden, um Verbrennungseffizienz
zu regulieren. Zum Beispiel kann die Steuerung 22 bestimmen,
daß der
Druck in der Aufblasvorrichtung 10 unterhalb eines vorbestimmten
Schwellenwertes ist, während
der Zeit, wenn Strömungsmittel
von der Aufblasvorrichtung zum Airbag 18 geleitet wird.
Ansprechend auf eine solche Bestimmung können zusätzliche Zellen in der Anordnung
von MEMS-Einrichtungen 30 erregt werden, um Verbrennung
und Druck in der Auflasvorrichtung zu erhöhen. So kann die Aufblasvorrichtung
Verbrennung ohne einen mechanischen Regulator, beispielsweise eines
Ventils, erhalten. Außerdem
kann eine Aufblasvorrichtung 10, die ein zündbares
gaserzeugendes Material enthält,
beispielsweise das zündbare
Material 84, einen internen Minimaldruck erhalten, der
nötig ist,
um zu verhindern, daß das
gaserzeugende Material ausgeht, wenn es einmal gezündet ist.
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Die
Ausgabe des Drucksensors 67 kann ebenfalls verwendet werden,
um die Größe einer Berstscheibenöffnung zu
steuern. Es kann wünschenswert
sein, die Ausdehnung der Öffnung
einer mechanischen Strömungssteuereinrichtung
zu steuern, beispielsweise der Berstscheibe 82, während des
Betriebs der Aufblasvorrichtung 10. Wenn MEMS-Einrichtungen
verwendet werden, um die Berstscheibe 82 zu öffnen, kann
die Ausgabe des Drucksensors 67 verwendet werden, um die
Erregung dieser MEMS-Einrichtungen 30 zu steuern.
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Der
Drucksensor 67 kann außerdem
verwendet werden, um ungewöhnlich
hohen Druck in einer Strömungsmittelkammer
abzufühlen
und ansprechend darauf Selbstzündung
der Aufblasvorrichtung zu initiieren. Zusätzlich könnte der Drucksensor 67 verwendet
werden, um eine Fahrerwarnung für
niedrigen Gasdruck in einer Aufblasvorrichtung auszulösen, die
unter Druck gespeichertes Gas verwendet.
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Der
Beschleunigungsmesser 68 der Anordnung 31 funktioniert,
um Beschleunigung oder Verzögerung
der Aufblasvorrichtung 10 abzufühlen. Die Ausgabe des Beschleunigungsmessers 68 kann
an die Steuerung 22 geliefert werden und in einer Bestimmung
verwendet werden, ob die Aufblasvorrichtung 10 betätigt werden
soll. Die Anwesenheit eines Beschleunigungsmessers 68 innerhalb
der Aufblasvorrichtung 10 kann auf diese Weise den Bedarf
für einen
Sensor außerhalb
der Aufblasvorrichtung eliminieren.
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Der
piezoelektrische Generator 70 funktioniert ansprechend
auf Vibrationsenergie, um elektrischen Strom zu erzeugen, um die
Anordnung 31 zu betreiben. Da die Anordnung 31 ebenfalls
den Kondensator 72 umfaßt, kann die Leistungsversorgung für die Aufblasvorrichtung 10 innerhalb
des Druckgefäßes gelegen
sein, wobei für
diesen Zweck keine Drähte
durch die Wand des Behälters 16 gehen.
Die Steuerung 22 kann auch innerhalb des Behälters 16 sein,
was den Bedarf für
die Drähte 56 eliminiert.
Die Konsolidierung bzw. Ausführung
des Beschleunigungsmessers 70 und des piezoelektrischen
Generators 68 auf einem einzigen MEMS-Chip wie beispielsweise
der Anordnung 31 in diesem Fall würde ein vollständig selbstenthaltenes
System erzeugen, das ein Zusammenstoßereignis abfühlen kann
und selektiv eine entsprechende Antwort initiieren kann.
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Es
ist möglich,
ein Strömungsmittel
zu verwenden statt eines feststofflichen Treibmittels, in MEMS-Einrichtungen,
die in einer Aufblasvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden. Als ein Beispiel stellt 7 schematisch
eine gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung konstruierte Aufblasvorrichtung 100 dar.
Die Aufblasvorrichtung 100 verwendet MEMS-Einrichtungen,
um Aufblasströmungsmittel
zum Aufblasen einer Fahrzeuginsassenschutzeinrichtung zu liefern.
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Die
Aufblasvorrichtung 100 umfaßt eine Anordnung 101.
Die Anordnung 101 umfaßt
ein Gehäuse 102,
das drei Kammern 104 definiert. In jeder Kammer 104 ist
ein Behälter 106 gelegen.
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Der
Behälter 106 enthält ein Strömungsmittel 108,
das unter Druck stehen kann oder nicht. Jeder Behälter 106 ist
durch einen zerreiß-
bzw. zerbrechbaren Wandteil 110 abgedichtet, beispielsweise
eine Berstscheibe. Eine Sammelleitung 112 erstreckt sich über die
Oberseite des Gehäuses 102.
Die Sammelleitung 112 hat eine Vielzahl von Strömungsmittelauslässen 114,
die in einer eins-zu-eins-Beziehung mit den zerreißbaren Wandteilen 110 der
Behälter 106 angeordnet
sind. Die Anordnung 101 umfaßt eine Basis 116,
die sich über
die Unterseite des Gehäuses 102 erstreckt.
Die Basis 116 umfaßt
Leitungsdrähte 117,
die elektrisch mit einer Vielzahl von Heizelementen 118 verbunden
sind. Die Heizelemente 118 sind in einer eins-zu-eins-Beziehung den Behältern 106 zugeordnet.
Jede individuelle Kombination eines Heizelementes 118 und
eines Behälters 106 bildet
eine MEMS-Einrichtung 120.
Die Leitungsdrähte 117 sind
ebenfalls elektrisch mit elektrischer Fahrzeugschaltung verbunden,
beispielsweise der Schaltung 20 ( 1).
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Die
Anordnung 101 umfaßt
des weiteren eine Anordnungsbasis 130. Die Basis 116 ist
auf der Anordnungsbasis 130 angebracht. Ein schematisch bei 132 gezeigter
Sensormechanismus ist ebenfalls auf der Anordnungsbasis 130 angebracht,
gemeinsam mit der Basis 116, als Teil der Anordnung 101.
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Im
Falle einer Fahrzeugkollision oder eines anderen Ereignisses, bei
dem Schutz eines Fahrzeuginsassen erwünscht ist, sendet die elektrische Fahrzeugschaltung 20 ein
Betätigungssignal über die Leitungsdrähte 117 an
die Aufblasvorrichtung 100. Die elektrische Fahrzeugschaltung
funktioniert, um ein Betätigungssignal
zum Erregen jeder ausgewählten
einen oder mehrerer der MEMS-Einrichtungen 120 zu liefern.
Die Ausgaben der Sensormechanismen 132 werden beim Steuern
der Erregung der individuellen MEMS-Einrichtungen 120 verwendet,
in einer wie oben unter Bezug auf die 2-6 beschriebenen
Weise.
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Wenn
eine individuelle MEMS-Einrichtung 120 erregt ist, erzeugt
ihr Heizelement 118 Wärme bzw.
Hitze, die in den zugeordneten Behälter 106 über tragen
wird. Das Strömungsmittel 108 in
dem Behälter 106 wird
erhitzt und im Druck erhöht.
Der erhöhte
Druck bewirkt, daß der
zugeordnete reißbare Wandteil 110 des
Behälters 106 reißt, was
das Strömungsmittel 108 freigibt,
um aus dem Behälter
zu strömen.
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Das
Strömungsmittel 108 wird,
durch die Strömungsmittelauslässe 114,
zu der Insassenschutzeinrichtung geleitet. Die Strömungsmittelausgabe der
Aufblasvorrichtung 100 hängt ab von, und variiert mit,
der Anzahl von MEMS-Einrichtungen 120,
die erregt werden, und der Betätigungszeit
jeder individuellen Einrichtung. Daher kann die elektrische Fahrzeugschaltung 20 die
Strömungsmittelausgabe
der Aufblasvorrichtung 100 steuern, sowohl in der Zeit als
auch der Dauer, indem sie selektiv jede eine oder mehrere einer
Vielzahl der MEMS-Einrichtungen 120 über einen ausgewählten Zeitraum
erregt.
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Eine
MEMS-Zünderanordnung,
einschließlich
eines Sensormechanismus, kann an anderen Stellen in einer Aufblasvorrichtung
angeordnet werden. Zum Beispiel zeigt 8 eine Aufblasvorrichtung 140,
die eine MEMS-Zünderanordnung 142 der oben
unter Bezug auf 2 beschriebenen Bauart aufweist.
Die Zünderanordnung 142 umfaßt eine Vielzahl
von MEMS-Einrichtungen 144,
die entlang der Länge
eines Unterlegstreifens (backing strip) 146 beabstandet
sind. Der Unterlegstreifen 146 kann am Aufblasvorrichtungsgehäuse 148 zum
Beispiel mit einem Klebemittel 105 befestigt sein.
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Die
Zünderanordnung 142 erstreckt
sich in einem Spiralmuster entlang der Länge des Aufblasvorrichtungsgehäuses 148.
Die Aufblasvorrichtung umfaßt
außerdem
eine weitere MEMS-Zünderanordnung 152,
die sich längsförmig entlang
des Aufblasvorrichtungsgehäuses 148 erstreckt.
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9 und 10 zeigen
eine Aufblasvorrichtung 160, die eine Vielzahl von MEMS-Zünderanordnungen 162 der
oben unter Bezug auf 2 beschriebenen Bauart aufweist.
Eine der Zünderanordnungen 162 erstreckt
sich radial entlang einer Endwand 164 des Aufblasvorrichtungsgehäuses 166. Andere MEMS-Zünderanordnungen 162 erstrecken sich
in einem Umfangsmuster um die Innenwand des Aufblasvorrichtungsgehäuses 166 herum.
Jede der in den 8 und 9 gezeigten
Zünderanordnungen 162 kann
eine oder mehrere Sensoranordnungen der oben unter Bezug auf 2 beschriebenen Bauart
umfassen.
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Wenn
MEMS-Zünderanordnungen,
wie beispielsweise die Anordnungen 142 und 162,
so an unterschiedlichen Stellen in einer Aufblasvorrichtung vorgesehen
sind, beispielsweise den Aufblasvorrichtungen 140 und 160,
kann der Zündungsprozeß gesteuert
werden, um Verbrennungsprodukte an unterschiedlichen Stellen innerhalb
einer Kammer in der Aufblasvorrichtung zu liefern.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird eine bekannte piezoelektrische Reaktionsplatte 170 (6)
als Teil einer MEMS-Zünderanordnung 14 verwendet,
um, während
der Betätigung
der Aufblasvorrichtung 10, den vom MEMS-Zünder erzeugten
Rückstoß zu messen. Diese
Messung kann helfen zu bestimmen, wie viele der MEMS-Einrichtungen 30 erregt
wurden, und kann eine binäre
(ja/nein) Bestätigung
geben, daß der
Zünder 14 funktioniert
hat. Das elektrische Ausgabesignal der Reaktionsplatte 170 kann
an einer Stelle weg von der MEMS-Zünderanordnung 14 oder auf
ihr verarbeitet werden. Andere Arten von Drucksensoren oder Kraftsensoren
können
anstatt der piezoelektrischen Reaktionsplatte 170 für diesen
Zweck verwendet werden.
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Aus
der obigen Beschreibung der Erfindung werden Fachleute Verbesserungen,
Veränderungen und
Modifikationen der Erfindung entnehmen. Solche Verbesserungen, Veränderungen
und Modifikationen innerhalb des Fachkönnens sollen von den angefügten Ansprüchen abgedeckt
werden. (19349)