DE2644315A1 - Rotationskraftelement - Google Patents

Description

NACHQEREfCHT

Troisdorf, den 20.8.I976 OZ: 76079 (2659) Sc/Ro

DYNAMIT NOBEL AKTIENGESELLSCHAFT Troisdorf, Bez. Köln

Rotationskraftelement

Die Erfindung befaßt sich mit einem Rotationskraftelement der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Aus der DT-OS 21 21 lol ist ein Sicherheitsgurt zum Schutz der Insassen von Transporteinrichtungen, beispielsweise Flugzeugen oder Kraftfahrzeugen, bekannt, der eine Spannvorrichtung aufweist, Diese Spannvorrichtung wird in der Unfallsituation mittels eines Sensors bei Überschreiten eines vorgegebenen Verzögerungswertes ausgelöst und zieht den Gurt ein beziehungsweise rollt ihn auf, bis er hinreichend eng am Körper des Insassen anliegt. Ein derartiger Sensor ist beispielsweise in der DT-OS 22 07 8j>l beschrieben. Die als Rotationskraftelement ausgebildete Spannvorrichtung weist einen Druckgasgenerator und eine mit dem einzuziehenden Ende des Gurtes verbundene Welle auf. Als Antriebselement für die Welle dient vorzugsweise ein Turbinenrad.

Der das Antriebselement betätigende Druckgasgenerator kann beispielsweise eine unter entsprechend hohem Innendruck stehende j Preßluftflasche sein. Im Hinblick auf einen mögliehst kleinen j Raumbedarf ist für den Druckgasgenerator jedoch vorzugsweise j eine Treibsatzladung, ein pyrotechnischer Satz o. dgl. vorgesehen,j die elektrisch oder mechanisch durch Schlag zündbar sind und die

Druckgase erst bei ihrer Umsetzung erzeugen. Die Treibsatzladung | kann beispielsweise entsprechend den in der DT-PS Ιβ 46 313 ι angegebenen Gemischen zusammengesetzt sein.

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Dieses Rotationskraftelement weist gegenüber den z.B. in der DT-OS 22 53 657 beschriebenen linearen Spannvorrichtungen für Sicherheitsgurte den Vorteil auf, daß die Anzahl der vom Antriebselement ausgeführten Umdrehungen nicht grundsätzlich begrenzt ist, so daß erforderlichenfalls auch größere oder sehr große Einzugswege für den Sicherheitsgurt zu verwirklichen sind und daher jede Gurtlose zu beseitigen ist. Allerdings stellt bei einer direkten Einwirkung des Druckgases auf das Antriebselement in manchen Anwendungsfällen das vom Antriebselement auf die Welle übertragene Drehmoment im Hinblick auf die geringe Dichte des Druckgases nicht zufrieden. Hiei erweist es sich dann als vorteilhafter, zwischen dem Druckgas generator und dem Antriebselement einen beispielsweise mit Wasser gefüllten Zylinder vorzusehen, um das Antriebselement mit einera Wasserstrahl höherer kinetischer Energie zu beaufschlagen. Das Kasser wird aus dem Zylinder mittels eines vom Druckgas beaufschlagten Kolbens über einen Auslauf kleineren Querschnittes verdrängt, so daß das Antriebselement hier mittelbar durch das Druckgas betätigt wird« Je nach der räumlichen Anordnung des Zylinders bezüglich des Antriebselementes ist dabei der Auslauf mehr oder weniger gekrümmt ausgebildet.

Auf diese Weise ist es ziiar möglieh, ein größeres Drehmoment auch über einen längeren Zeitraum aufzubringen, jedoch ist der dazu erforderliche Aufwand für die Herstellung des Zylinders mit Auslauf und Kolben unerwünscht hoch. Weiterhin nimmt die zusätzliche Wasservorlage einen so großen Raum in Anspruch und ist in ihrer Form auch nur sehr wenig anpaßbar., daß die Unterbringung des gesamten Kraftelementes zuweilen nicht möglich ist, insbesondere dann nicht, wenn das Kraftelement als Teil eines Gurtstrarsmers z.B. im Inneren der B-Säule von Personenkraftfahrzeugen angeordnet werden soll«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rotationskraftelement der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß insbes^dar^-dia ^aiastehenden Nachteile ver-

mieden werden, das heißt die konstruktive und fertigungstechnische Ausführung möglichst einfach und zuverlässig ist, und das System an die unterschiedlichen und im allgemeinen sehr beschränkten Raumverhältnisse in den Transporteinrichtungenj, insbesondere in Kraftfahrzeugen, leicht anpaßbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Das an seinem Austrittsende z.B. mit einem federbelasteten Kugelventil verschlossene Rohr ist mit seinem vorderen Ende beispielsweise über ein Schraubgewinde mit dem Druckgasgeneratora vorzugsweise einer in einem Patronenlager angeordneten Treibladungspatrone, verbunden. Der besondere Fertigungsaufwand,wie er z.B. für den aus vollem Material herausgearbeiteten Zylinder mit Auslauf erforderlich ist, entfällt, da handelsübliche Druckrohre aus Stahl oder dergleichen verwendbar sind» Infolge der sehr kleinen Querschnittsabmessungen des Rohres kann es auch unter sehr beengten Raumverhältnissen eingebaut werden, sofern der Einbauraum nur die erforderliche Länge aufweist,, um das im Hinblick auf die aufzunehmende Flüssigkeitsmenge entsprechend lange beispielsweise gerade Rohr unterbringen zu können.

Als Flüssigkeit wird bevorzugt V/asser verwendet, dem erforderlichenfalls noch ein Gefrierschutzmittel, Korrosionsschutzmittel oder dergleichen zugesetzt ist=, Aber auch andere unter Dpuckgaseinwirkung aus dem Rohr verdrängbare fließfähige Stoffe, die im Vergleich zu dem vom Druckgasgenerator gelieferten Gas eine entsprechend große Dichte ausweisen, sind verwendbar» Nur beispiel- I haft seien hier ölartige Flüssigkeiten, Emulsionen oder gegeben= ι enfalls auch Suspensionen, das heißt Flüssigkeiten mit darin J verteilten Feststoffteilchen,, genannt» Unter Umständen kann sich auch die Verwendlang einer Flüssigkeit als vorteilhaft erweisen., die bei oder nach ihrem Ausstoß aus dem Rohr infolge Druckerniedrlgung verdampfte In diesem Falle_saber auch bei anderen Flüssigkeiten^kann das Antriebselement in einem es umgebenden Gehäuse angeordnet, das heißt sozusagen voll gekapselt ausgeführt

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sein. Das Antriebselement selbst kann dann z.B. als Drehkolben ausgebildet sein, bei dem die zu verdrehende Welle des Antriebselementes mit einem einzigen radialen Steg, Flügel, Schaufel od.dgl. versehen ist. Allerdings führt ein solches Antriebselement nur weniger als eine Umdrehung aus, so daß z.B. bei einem Sicherheitsgurt ohne Verwendung einer zusätzlichen Übersetzung, beispielsweise einer Getriebeübersetzung, der Einzugsweg entsprechend gering ist. Bevorzugt verwendet werden daher statt dessen Antriebselemente, die je nach Einwirkungsdauer des Massestrahles, vorzugsweise eines Flüssigkeitsstrahles, mehrere oder sogar viele Umdrehungen ausführen können. Insbesondere werden Turbinenräder, beispielsweise Pelton-Räder, ohne zusätzliche äußere Gehäuse verwendet.

Um sich den jeweiligen Raumverhältnissen des Einzelfalles noch besser anpassen zu können, kann in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung das Rohr nach Anspruch 2 auf wenigstens einem Teil seiner Länge gekrümmt ausgebildet werden,, beispielsweise am oder nähe dem Austrittsende, um den hinsichtlich einer möglichst vollkommenen Ausnutzung der kinetischen Energie günstigsten Auftreffwinkel des Massestrahles auf das Antriebselement zu erhalten. Bei dem erfindungsgemäßen Rohr¹ ist dann im Unterschied zu dem vorgenannten Zylinder mit Kolben und gekrümmtem Auslauf nicht nur die von der Flüssigkeit benetzte Innenwand gekrümmt, sondern gleichzeitig auch die äußere Rohroberfläche mit einem durch die jeweilige Rohrwanddicke bedingten anderen Krümmungsradius j so daß man durch die Rohrkrümmung sowohl eine optimale j Flussigkeitsführung als auch eine vorteilhafte Anpassung an ;

äußere Raumverhältnisse erreichen kann., ι

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Maeli einem weiteren im Anspruch 3 angegebenen Vorschlag der Er— ' flnduag wird das Rohr als Rohrschlange ausgebildet,, Dazu kann !

! das Rohr beispielsweise spiral=, kegelstumpfförmig oder der= :

gleichen aufgewickelt werden_a wobei im allgemeinen die beiden Rohrenden ausgenommen sind= Bevorzuge wird sin® soliraubsnlinien.= ; : £°5rais9 iUafwioI-cIuns mit gerader Wicksisohs3_P bsi der L·anaclibar-";.3 ! UiKdiogsn sweokrr:"3iger-weise aneinander liegsn_c Qwnäse/uslljh ;

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seits noch in der Ebene oder räumlich gekrümmt sein.

Sofern es infolge der dynamischen Stoßbeanspruchung durch die bei Punktionsauslösung äußerst stark beschleunigte Flüssigkeit zu einer unerwünschten Formänderung des gekrümmten Rohrbereiehes im Sinne eines Geradebiegens kommen könnte,, erweist sich gemäß Anspruch 4 eine zusätzliche Fixierung des Rohres als vorteilhaft^ indem dieses z.B.im gefährdeten Bereich mittels zusätzlicher Schellen an der Transporteinrichtung befestigt wird. Bei einer Rohrschlange können die verschiedenen Windungen z.B. miteinander verschraubt werden. Vorteilhafter ist es jedoch., statt dessen die benachbarten. Windungen-gemäß Anspruch 5 miteinander zu · verbinden/ wobei in der Regel einige über den Umfang verteilte punktförmige Verbindungsstellen genügen. Eine v/eitere zweckmäßige Form der Abstützung ist im Anspruch 6 angegeben^ die sich insbesondere für eine zylindrische Rohrschlange eignet. Dabei liegt die relativ dünnwandige StUtzhülse aus einem Material entsprechender Festigkeit, insbesondere Stahle im allgemeinen von vornhereinenden einzelnen Windungen an«, so daß praktisch Jegliche radiale Aufweitung der Rohrwindungen unterbunden ist.

Gemäß Anspruch 7 kann der Aufwand für das Rotationskraftelernent in vorteilhafter V/eise noch weiter dadurch vermindert werden^ daß auf den üblicherweise.für das schlagartige Verdrängen einer Flüssigkeit aus einem Zylinder mittels Gasdruck vorgesehenen Kolben verzichtet wird. Das Gas wirkt erfindungsgemäß direkt auf die Flüssigkeit ein und treibt diese als praktisch homogene Säule aus dem Rohr hinaus, Voraussetzung hierfür ist allerdings^ daß der lichte Querschnitt des Rohres unter Berücksichtigung der Flüssigkeitseigenschaften und des Gasdruckes nicht so groß ist, .

I daß sich in der im Rohr befindlichen Flüssigkeitssäule ein durch- j gehender Gaskanal ausbilden kann,, durch den ein mehr oder weniger j großer Teil des Druckgases praktisch ungenutzt entweichen würde. j Erforderlichenfalls müssen die im Einzelfall, kritischen Quer- :

i Schnittsabmessungen, welche die homogene Flüssigkeitsströmung von der inhomogenen Flüssigkeits-Gasströmung trennen^ experimentell ; bestimmt werden. j

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Um einerseits den Aufwand gering zu halten und andererseits die einwandfreie Funktionsbereitschaft auch über längere Zeiträume, beispielsweise 10 Jahre, sicherzustellen, wird das gemäß Anspruch 8 ausgebildete Austrittsende des Rohres vorzugsweise mit einer dünnen Metallscheibe verschlossen werden, die mittels einer Schraubkappe am Rohr gehalten ist. Bevorzugt wird die Berstscheibe 'jedoch längs ihres Umfangs mit dem Rohr verklebt, verlötet, verschweißt od.dgl. Gegebenenfalls kann die Berstscheibe auch noch mit zusätzlichen Sollbruchstellen versehen werden. Statt einer Metallscheibe kann aber ggf. auch eine Scheibe aus Kunststoff, Glas od.dgl. verwendet werde-n.

Nach Anspruch 9 ist vorgesehen, ein weiteres Berstelement auch am anderen Ende des Rohres anzuordnen, das gleichfalls vorzugsweise als dünne Metallscheibe ausgebildet und zwischen dem Patronenlager einer Treibladungspatrone und dem in dieses eingeschraubten anderen Rohrende eingespannt ist. Damit wird nicht nur die Abdichtung bezüglich des evtl. Flüssigkeitsaustritts verbessert, sondern es kann auch die Umsetzung des in der Treibladungspatrone befindlichen Treibladungspulvers, eines pyrotechischen Satzes oder dergleichen gefördert werden, indem nach Funkt ions a us lösung das v/eitere Berstelement aus der Patrone herausgeschleuderte Partikelchen, die zwar angezündet, aber noch nicht vollständig abgebrannt sind, daran hindert, in die Flüssigkeit hineingeschleudert zu werden und dadurch zu erlöschen, so daß sie zur Druckgaserzeugung nicht mehr beitragen. Nach Erreichen eines vorbestimmten Druckes wird auch dieses Berstelement zerstört, so daß das Druckgas unmittelbar auf die Flüssigkeit einwirkt. Diese Wirkung kann noch verbessert werden, wenn das weitere Berstelement gemäß Anspruch Io ausgebildet wird. Das näpfchenförmige Abschlußelement wird in das Patronenlager, vorzugsweise aber in das Rohr selbst eingesetzt und durch das in es eindringende Druckgas radial an die Wandung angepreßt. Durch diesen Liderungseffekt wird die anfängliche Abdichtung gegenüber dem Druckgas zusätzlich verbessert und die einwandfreie Umsetzung des Treibladungspulvers , pyr©technischen Satzes oder dergleichen gefördert.

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Das Rohr weist vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf, könnte aber z.B. auch einen ovalen, rechteckigen oder dergleichen Querschnitt haben. Gemäß Anspruch Io wird weiterhin das Rohr mit über seine ganze Länge konstantem lichtem Querschnitt ausgebildet,! so daß es z.B. auch keine Verengung am Austrittsende aufweist. j

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel j gezeigt und wird anhand dieses nachstehend noch näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 das Rotationskraftelement mit einem Gurtautomaten in der Ansicht und teilweise im Schnitt,

Figur 2 eine Ansicht gemäß dem Pfeil A in Fig. 1 und Figur 3 eine Variante bezüglich des druckgasgeneratorseitlgen Endes.

Bei dem in Figur 1 gezeigten Gurtautomaten 1 mit dem.Sicherheitsgurt 2 ist die Welle 3 seitlich verlängert und mit dem drehbaren Antriebselement 4 fest verbunden. Das als Turbinenrad, z.B. Pelton-Rad, ausgebildete Antriebselement 4 folgt aufgrund seiner starren Verbindung mit der Welle J jeder Wellenbewegung während der üblichen Benutzung des Automatikgurtes. Das aus z.B. Stahl hergestellte Rohr 5 mit einem im Vergleich zu seiner LLnge sehr kleinen lichten kreisförmigen Querschnitt ist als zylindrische Rohrschlange 6 gewickelt, deren !'.'indungen sich gegenseitig berühren. Die Wickelachsο 7 der Rohrschlange β ist hier parallel zur Welle 3 angeordnet» Das Rohr 5 endet mit einem Austrittsende 8 oberhalb des Antriebselementes 4- in geringem Abstand von diesem. Das Austrittsende 8 ist mittels der längs ihres Randes angeschweißten zerstörbaren dünnen Metallplatte 9 verschlossene Das andere Ende Io des Rohres 5 ist mittels des Gewindes 11 fest in das druckfeste Patronenlager 12 eingeschraubt, in das von der anderen Seite her der Druckgasgenerator IJ₅ hier eine Treibladungspatrone, eingesetzt ist.. Die Tr e ibl a dungs patrone 13 wird mittels des Schraubstutzens 14 im Patronenlager 12 gehalten und ist über die beiden Zündleitungen 15 elektrisch auslösbar«

In dem Rohr 5 ist die Flüssigkeit 16, vorzugsweise V/asser mit einem Gefrierschutzmittel, enthalten. An seinem anderen Ende Io ist das Rohr 5 mittels der metallischen Berstscheibe 17 verschlossen. In dem freien Raum l8 zwischen dem Druckgasgenerator IJ und der Flüssigkeit 16 ist kein Kolben angeordnet. Die Berstscheibe 17 wird zerstört, bevor das Berstelement 9 am Austrittsende 8 des Rohres 5 zerstört worden ist, so daß sie nicht als Kolben wirkt, das Druckgas also unmittelbar auf die Flüssigkeit l6 einwirkt. U.m ein Aufdrehen der Rohrschlange 6 unter der dynamischen Druckbeanspruchung zu vermeiden, ist diese mit der äußeren Stützhülse 19 aus z.B. Stahl umgeben. Die Windungen der Rohrschlange 6 liegen direkt an der Innenwand der Stützhülse 19 an. Die beiden im wesentlichen geraden Enden des Rohres 5 befinden sich dabei außerhalb der Stützhülse 19· Die Schraube 2o dient zum Befestigen des Gurtautomaten mit dem Rotationsk.raft-.element im Kraftfahrzeug.

Die Seitenansicht in Figur 2 zeigt deutlich die geneigte An- !Ordnung des Austrittsendes 8 des Rohres 5 bezüglich des Antriebs- |elementes 4, das als Turbinenrad mit den Schaufeln 21 ausgebiljdet ist. Das Rotationskraftelement ist z.B. direkt am Gurtautomaten 1 befestigt, indem seine Stützhülse 19 mit den beiden Seiitenteilen des Gurtautomaten 1 beispielsweise längs des Randes 22 jverschweißt ist, wobei ggf. auch noch die Rohrschlange 6 zusätzlich mit der Stützhülse 19 verschweißt ist. Bezüglich der Bedeutung der weiteren Bezugsziffern wird auf Figur 1 verwiesen«,

^:Bei des in Figur 3 gezeigten Patronenlager 12 mit eingeschraubtem Rohr 5 ist als Berstelement das näpfchenförmige AbSchlußelement ,23 in das andere Ende 10 des Rohres 5 eingesetzt^ und zwar SO₁, ■daß es mit seinem offenen Ende 24 zum Druckgasgenerator 13 weist»

pie Funktion des Rotationselementes ist wie folgt ι JNach Auslösung in einer Crash-Situation durch den im Kraftfahrzeug eingebauten Sensor erfolgt elektrisch die Zündung der Treibladungspatrone 13» Das von dieser erzeugte Druckgas beaufschlagt

nach Zerstörung der Berstscheibe 17 bzw. des Näpfchens 23 die Flüssigkeit 16. Unter der Wirkung des Flüssigkeitsdruckes reißt dann das Berstelement 9 auf und gibt die Flüssigkeit 16 frei. Der Flüssigkeitsstrahl -wirkt auf die Turbinenschaufeln 21, die das Antriebselement 4 in Rotation versetzen. Dadurch wird die Welle 3 des Gurtautomaten 1 gedreht und die Gurtlose bei einer Rückstrammkraft von 2.000 bis 3.000 N beseitigt. Durch diese Anordnung wird in der Crash-Situation eine Rückstrammung des Insassen eines Kraftfahrzeuges erreicht, bevor die Vorwärtsbewegung der zu schützenden Person eintritt.

Bei Spannvorrichtungen für Sicherheitsgurte haben sich Rohre mit einem lichten Innendurchmesser zwischen etwa 8 und 20 mm bei einer Länge von etwa 200 bis 400 mm bewährt. Die tanddicke dieser Rohre, die aus üblicherweise für Druckrohre verwendetem Stahl hergestellt waren, betrug zwischen etwa 0,5 und 2 mm.

Das vorstehend am Beispiel eines Automatik-Sicherheitsgurtes erläuterte erfindungsgemäße Rotationskraftelement kann selbstverständlich auch in Verbindung mit starren Sicherheitsgurten in Fahrzeugen, Flugzeugen od.dgl. verwendet werden«, Die Anwendung des Rotationskraftelementes ist jedoch keineswegs auf Sicherheitsgurte, Sicherheitsnetze sowie ähnliche in einer Unfallsituation zu spannende Sicherheitseinrichtungen in Transporteinrichtungen beschränkt, sondern grundsätzlich immer dann von Vorteil, wenn auf ein Signal hin kinematische Vorgänge, bei denen eine Rotationsbewegung auftritt, ausgeführt werden sollen. Beispielsweise kann es sich dabei um das Aufwickeln von Seilen, das Spannen von Spiralfedern, den Anlaßvorgang von Kolbenmotoren oder auch andere translatorische Bewegungsvorgänge, die über eine Rotationsbewegung unter Zwischenschaltung einer Zahnstange od.dgl. eingeleitet werden, handeln. !

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ' 1. YRotationskraftelement, vorzugsweise für Spannvorrichtungen von '

   '. 'Sicherheitseinrichtungen zum Schutz der Insassen von Trans- j

   porteinrichtungen, insbesondere Sicherheitsgurten, mit einem ι drehbaren Antriebselement, einem Druckgasgenerator und einer Flüssigkeit zum Betätigen des Antriebeelementes, dadurch g e k'e nnzei chnet, daß die Flüssigkeit (l6) in einem Rohr (5) untergebracht ist, das an seinem dem Antriebselement (4) zugeordneten Austrittsende (8) bis zum Erreichen eines vorgegebenen Flüssigkeitsdruckes verschlossen ist und an seinem anderen Ende (lo) mit dem Druckgasgenerator (lj5) in Verbindung steht.

   2. Rotationskraftelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (5) wenigstens auf einem Teil seiner Länge gekrümmt ist.

   j5. Rotationskraftelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (5) zu einer, vorzugsweise schraubenlinienförmigen, Rohrschlange (6) gekrümmt ist.

   4. Rotationskraftelement nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (5) in seinem gekrümmten Bereich mittels! wenigstens einer zusätzlich äußeren Arretierung, Abstützung oder, dergleichen fixiert ist.

   5. Rotationskraftelement nach Anspruch 3 und 4₅ dadurch gekennzeichnet,, daß die Windungen der Rohrschlange (6) miteinander verklebt _s verlötet _s verschweißt ododglo slndo

   Rotationskraftelement nach Anspruch j5 und 4=_s dadurch gekennzeichnetj, daß die Rohrschlange (6) von einer äußeren Stützhülse (19) umgeben ist.

   NACHGEREICHT

   - 2 - ZFiTTT 5

   7. Rotationskraftelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, \ dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (l8) zwischen dem Druck- ; gasgenerator (13) und der Flüssigkeit (ΐβ) frei von einem diese verdrängenden Kolben ist.

   8. Rotationskraftelement nach einem der Ansprüche 1 bis J₃ dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (5) an seinem Austrittsende (8) mit einem,vorzugsweise metallischen}Berstelement (9) verschlossen ist.

   9. Rotationskraftelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Druckgasgenerator (I3) und dem anderen Ende (lo) des Rohres (5) ein bei einem vorgegebenen Druck zerstörbares, vorzugsweise metallisches, Berstelement (17) angeordnet ist.

   10. Rotationskraftelement nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß das Berstelement als ein, vorzugsweise in das Rohr (5) eingesetztes, näpfchenförmiges Abschluß el em ent (23) ausgebildet ist, das mit seinem offenen Ende (24) zum Druckgasgenerator (13) weist.

   11. Rotationskraftelement nach einem der Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (5) über seine Länge einen konstanten lichten Querschnitt aufweist.

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